Fisiologia e metabolismo bacteriano

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Fisiologia e metabolismo 
bacteriano 
Fisiologia 
Estudo dos processos vitais 
Exigências nutricionais dos microrganismos 
Todos os organismos vivos necessitam de compostos para sua 
nutrição, crescimento e multiplicação. Esses compostos são 
utilizados para a formação dos constituintes celulares e na 
obtenção de energia. 
Reações Metabólicas 
Fisiologia Bacteriana 
Essas necessidades específicas são dependentes de informações 
genéticas para cada espécie bacteriana. Algumas espécies com 
vasta flexibilidade nutricional, como as Pseudomonas, são 
capazes de sintetizar muitos de seus metabólitos a partir de 
precursores simples, enquanto outras espécies são mais 
exigentes, como as Porphyromonas e Treponemas, que 
necessitam de nutrientes complexos para o crescimento e 
reprodução. 
 
 É necessário o conhecimento da fisiologia, bioquímica e nutrição microbiana 
para compreender os efeitos do mundo microbiano na saúde humana. 
 
Nutrição dos microrganismos 
Os microrganismos necessitam de um ambiente propício com todos os 
constituintes físicos e químicos necessários para seu crescimento. As 
substâncias ou elementos retirados do ambiente são utilizadas como blocos 
para a construção da célula. 
Nutrientes 
Crescimento 
Divisões celulares 
Nutrientes 
As substâncias ou elementos retirados do ambiente e usados 
para construir novos componentes celulares ou para obter 
energia são chamados nutrientes. Os nutrientes podem ser 
divididos em duas classes: 
 
 
macronutrientes e micronutrientes. Ambos os tipos são 
imprescindíveis, mas os primeiros são requeridos em grandes 
quantidades por serem os principais constituintes dos 
compostos orgânicos celulares e / ou serem utilizados como 
combustível. 
Fisiologia das bactérias 
As células procarióticas são compostas por água, 
macromoléculas, apresentando também uma menor quantidade 
de outros compostos orgânicos e íons. 
Os precursores das 
macromoléculas podem ser 
retirados do meio ambiente 
ou ser sintetizados pelas 
bactérias a partir de 
compostos mais simples. 
Macronutrientes 
Carbono  está presente na maioria das substâncias que compõem as células. 
As bactérias podem utilizar o carbono inorgânico existente no ambiente, na forma 
de carbonatos ou de CO₂ como única fonte de carbono. São neste caso chamadas 
de autotróficas. Os microrganismos que obrigatoriamente requerem uma fonte 
orgânica de carbono são denominados heterotróficos e as principais fontes, são 
os carboidratos. 
Nitrogênio  é componente de proteínas e ácidos nucléicos, além de vitaminas e 
outros compostos celulares. Está disponível na natureza sob a forma de gás (N₂) 
ou na forma combinada. Sua utilização como N₂ é restrita a um grupo de bactérias 
cujo principal habitat é o solo. Na forma combinada, o nitrogênio é encontrado 
como matéria inorgânica (NH₃ , NO₃ , etc.) ou matéria orgânica: aminoácidos, 
purinas e pirimidinas. 
Enxofre  constitui parte das várias coenzimas e é encontrado nas cadeias 
laterais das proteínas; 
Fósforo  é necessário como componente do ATP, dos ácidos nucleicos e de 
coenzimas como NAD, NADP e flavinas. 
Oxigênio  é requerido na forma molecular como aceptor final na cadeia de 
transporte de elétrons aeróbia. Também é elemento importante em várias 
moléculas orgânicas e inorgânicas. 
Hidrogênio como componente muito frequente da matéria orgânica e 
inorgânica, também constitui um elemento comum de todo material celular. 
Micronutrientes 
Processo de nutrição em Procariotos 
Os microrganismos exibem os mais diversos mecanismos nutricionais. A 
nutrição ocorre predominantemente pela absorção, através da oxidação de 
substâncias com alto valor energético, preferencialmente os açúcares. 
1) Nutrição em Gram positivos 
 Estas bactérias sintetizam uma série de exoenzimas, as quais são liberadas no 
meio, clivando os nutrientes, que são captados por proteínas transportadoras. 
 
 
2) Nutrição em Gram negativos 
 Devido à presença de uma membrana externa (LPS), as bactérias Gram negativas 
apresentam um grande número de porinas associadas à camada lipopolissacarídica, 
e que permitem a passagem de moléculas hidrofílicas, de baixa massa molecular. 
 No espaço periplasmático dessas células, são encontrados proteases, fosfatases, 
lipases, nucleases e enzimas de degradacão de carboidratos. 
FONTES DE CARBONO E ENERGIA PARA O 
CRESCIMENTO BACTERIANO 
As bactérias, de acordo com a fonte de carbono e de energia 
que utilizam, podem ser classificadas em diferentes tipos 
nutricionais: 
 
Carbono Energia 
Heterótrofos Autótrofos Quimiotrófico Fototrófico 
Microrganismos 
que 
utilizam carbono 
orgânico 
Microrganismos 
que 
utilizam carbono 
inorgânico (CO₂) 
Microrganismos que 
utilizam energia 
radiante (luz) 
Microrganismos que 
utilizam energia 
química (compostos 
químicos) 
Bactérias 
Autotróficas 
Fotossintetizantes 
Quimiossintetizantes 
Heterotróficas 
Saprófitas / 
decompositoras 
Parasitas / 
patogênicas 
Heterotróficas 
Fermentação 
Respiração celular 
Metabolismo 
Necessidades metabólicas: 
Requer  fonte de energia e a matéria prima para a construção de proteínas, 
das estruturas e das membranas que perfazem a estrutura e o maquinário 
bioquímico da célula. 
As bactérias precisam obter ou sintetizar os 
aminoácidos, os carboidratos e os lipídios. O requisito 
mínimo para o crescimento consiste em fontes de 
carbono, nitrogênio, energia, água e vários íons 
O ferro é tão importante, que muitas bactérias secretam proteínas especiais 
(sideróforos) para capturar ferro de soluções diluídas. 
O gás oxigênio, apesar de essencial para o hospedeiro humano, é de fato 
um veneno para muitas bactérias, as chamadas de anaeróbias 
obrigatórias. Outros, requerem de oxigênio para o crescimento, 
chamados de aeróbios obrigatórios. No entanto, a maioria é anaeróbias 
facultativas. 
O metabolismo e a conversão de 
energia 
Toda célula requer um fornecimento de energia constante pra viver 
ATP 
Derivado da quebra controlada de 
vários substratos orgânicos 
(carboidratos, lipídios e proteínas). 
Trifosfato de adenosina 
 os fosfatos negativamente 
carregados se repelem 
 são mantidos unidos por 
ligações de alta energia 
 a ruptura das ligações para 
eliminar os fosfatos libera 
energia 
ATP  alta energia 
ADP  baixa energia 
VIAS ANABÓLICAS E CATABÓLICAS 
Dentro da célula bacteriana ocorrem reações químicas catalisadas por 
enzimas. O conjunto de transformações da matéria orgânica é denominado 
METABOLISMO e compreende basicamente dois processos: 
Construção de moléculas 
orgânicas complexas a partir 
de moléculas simples, com 
gasto de energia. Ex.: 
formação das proteínas. 
Quebra de compostos 
orgânicos complexos em 
compostos mais simples, 
com liberação de energia. 
Ex.: Degradação do açúcar 
Catabolismo Anabolismo 
O processo metabólico começa, geralmente, no ambiente 
extra celular, com a hidrólise de grandes macromoléculas por 
enzimas específicas. As moléculas menores produzidas são 
transportadas através das membranas celulares para dentro 
do citoplasma, por mecanismos de transporte ativos ou 
passivos, específico para o metabólito. Esses mecanismos 
utilizam carreadores específicos ou proteínas de transporte da 
membrana para ajudar a concentrar os metabólitos 
provenientes do meio externo. Estes são convertidos por uma 
ou mais vias para um intermediário universal comum, o ácido 
pirúvico. A partir desse ácido os carbonos podem ser 
canalizados para a produção de energia ou síntese de novos 
carboidratos, aminoácidos, lipídios e ácidos nucleicos. 
Concentram e formam o ácido 
pirúvico!!! 
Respiração Celular 
Respiração: atuam aceptoresexternos de elétrons (fosforilação 
oxidativa) 
 
Podendo ser: 
Aeróbia: o aceptor externo é o oxigênio 
Anaeróbia: aceptores diferentes do oxigênio (nitrato, sulfato, 
carbonato, ...) 
Fermentação: ocorre na ausência de aceptores externos de 
elétrons (fosforilação a nível de substrato) 
 
Respiração aeróbia 
É o procedimento mais comum às células e compreende 3 
etapas: 
 
1) Piruvato (glicólise/ glicolítica quando o substrato é a glicose) 
2) Ciclo do ácido cítrico (ciclo de Krebs) 
3) Cadeia respiratória 
A
D
P 
A
D
P 
A
T
P 
Metabolismo da Glicose 
Glicolítica  via mais comum para conversão da glicose em piruvato. 
Aeróbia 
Anaeróbia 
Glicose Glicose – 6 - fosfato 
ATP 
Frutose – 6 - fosfato 
ATP ATP 
Frutose –1, 6 - 
difosfato 
Diidroxiacetona 
Gliceraldeído 
ADP ADP 
ADP 
Piruvato 
A
T
P 
A
T
P 
Respiração Celular 
C6H1206 (glicose) 
Gasto de 2 ATP 
2 C3H4O3 + 4 ATP 
(ácido pirúvico) 
O ciclo do ácido cítrico 
Ocorre no citoplasma (procariotos) e nas mitocôndrias (eucariotos) 
 
Além do papel-chave nas reações 
catabólicas, é importante nas reações 
biossintéticas. 
Os intermediários são desviados para 
vias biossintéticas quando necessário: 
 
Exemplos: 
Oxalacetato: precursor de aminoácidos 
Succinil-CoA: formação de citocromos 
e da clorofila, entre outros 
Acetil-CoA: biossíntese de ácidos 
graxos 
Cadeia Respiratória 
32 ATPs 
FERMENTAÇÃO 
É o processo de degradação incompleta de substancias orgânicas 
com liberação de energia e realizada principalmente por fungos e 
bactérias. 
 
Existem diversos tipos de fermentação, que variam quanto ao 
produto final. No processo de fermentação o aceptor final de 
hidrogênios é o produto final. 
Observação: a composição elementar dos produtos de 
fermentação deve ser idêntica a dos substratos 
Fermentação Alcóolica 
Fermentação Láctica 
C6H12O6  2C3H6O3 
Fermentação Alcóolica 
Produtos Finais: etanol, CO₂ e 2 ATPs 
 
Realizada por leveduras que é utilizada na produção pouco eficaz 
no que diz respeito à liberação de energia, pois uma molécula de 
glicose só rende 2 ATPs 
 
Saccharomyces cerevisiae 
Fermentação Láctica 
Realizada por bactérias do leite que é empregada na preparação 
de iogurtes e queijos. 
Também ocorre em nossos músculos em situações de grande 
esforço físico. 
Também rende 2 ATPs por molécula de glicose. 
 
O sabor azedo do leite fermentado se deve ao ácido lático formado e eliminado 
pelos lactobacilos. A acidificação do pH causado pelo ácido lático provoca a 
coagulação das proteínas do leite e a formação do coalho, usado na fabricação de 
iogurtes e queijos. 
Exercício 
1) Diferencia bactérias gram-negativas de gram-positivas. 
2) O que fornece a coloração azulada as bactérias gram-
positivas pós teste de coloração de gram? 
3) O que são nutrientes e quais os dois tipos principais para 
as bactérias? 
4) Quais são as vias metabólicas? 
5) Quais as etapas da respiração celular e descreva como 
você entendeu. 
6) Qual a diferença entre fermentação e respiração celular? 
 
 Próximo assunto: Genética e reprodução 
microbiana!!