aula 3 PDF Nutrição, Metabolismo e Crescimento Bacteriano 2019 1 Unoesc

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Metabolismo, Nutrição e 
Crescimento bacteriano 
NUTRIÇÃO, METABOLISMO E CRESCIMENTO BACTERIANO 
 
- carboidratos 
METABOLISMO BACTERIANO 
 
Como as bactérias produzem 
energia para sobreviver? 
OBTENÇÃO DE ENERGIA POR OXIDAÇÃO 
OXIDAÇÃO AERÓBIA DE CARBOIDRATOS 
 
A glicose é o carboidrato fornecedor de energia mais comum 
utilizado pelas células. 
Para produzir energia a partir de glicose, os micro-organismos 
utilizam dois processos gerais: a respiração celular e a 
fermentação. 
 
 
Respiração celular 
Como as bactérias 
não possuem 
mitocôndrias, 
parte da respiração 
celular ocorre na 
membrana 
plasmática 
(mesossomo) 
Lembre-se Eucariotos 
RESPIRAÇÃO CELULAR 
Compõe-se de três etapas: 
 
 GLICÓLISE - (10 reações) ocorre no citoplasma dos eucariotos e 
procariotos 
 
 CICLO DE KREBS - (8 reações) nos eucariotos ocorre na matriz 
mitocondrial e nos procariotos ocorre no citoplasma 
 
 CADEIA RESPIRATÓRIA ou FOSFORILAÇÃO OXIDATIVA -
nos eucariotos ocorre nas cristas mitocondriais e nos procariotos 
ocorre na MP (mesossomo) 
ATP – moeda energética dos seres vivos 
NAD – nicotinamida adenina dinucleotídeo 
 
É um transportador de H+ 
FAD – flavina adenina dinucleotídeo (é derivada da vitamina B2) 
 
É um transportador de H+ 
Glicólise 
= quebra da glicose 
Glicólise 
Glicólise 
No final da glicólise há produção de: 
 2 moléculas de ácido pirúvico 
 4 moléculas de ATP, com um saldo de apenas 2 ATPs 
 2 moléculas de NADH2 
Glicólise 
O ácido pirúvico originado na 
glicólise contém energia, a qual 
será liberada durante as reações do 
ciclo de Krebs, que ocorre no 
interior das mitocôndrias. 
Figure 9.10 Conversion of pyruvate to acetyl CoA, the junction between glycolysis and the Krebs cycle
Nos eucariontes, o piruvato é transportado para a 
matriz mitocondrial, onde é descarboxilado, 
produzindo acetil-CoA. 
Ciclo de Krebs 
Ciclo do ácido cítrico ou Ciclo dos ácidos tricarboxílicos (TCA) 
 
 
 Função central é a oxidação de acetil-CoA a CO2 
 
 A energia liberada pela oxidação é conservada nos 
transportadores de elétrons reduzidos NADH e FADH2. 
 
 
Descarboxilações (perdas de CO2) 
 
Desidrogenação (perdas de H) 
No final do ciclo de Krebs há formação de: 
 
 2 moléculas de CO2 (x 2) = 4 CO2 
 1 molécula de ATP (x 2) = 2 ATP 
 1 molécula de FADH2 (x 2) = 2 FADH2 
 3 moléculas de NADH2 (x 2) = 6 NADH2 
 
Lembre-se que antes do ciclo de Krebs, a molécula de ácido 
pirúvico se transformou em acetil-co A e formou: 
 
 1 molécula de CO2 (x 2) = 2 CO2 
 1 molécula de NADH2 (x 2) = 2 NADH2 
 
No final da glicólise há produção de: 
 
 4 moléculas de ATP, com um saldo de apenas 2 ATPs 
 2 moléculas de NADH2 
e os 
 38 ATPs? 
Visão geral da respiração aeróbica 
A cadeia respiratória 
e fosforilação 
oxidativa são o 
terceiro estágio da 
respiração celular 
• Os hidrogênios (e seus elétrons) liberados na 
glicólise e no ciclo de Krebs são 
imediatamente transportado para a cadeia 
respiratória que é um processo gerador de 
ATPs onde o O2 serve de aceptor final dos 
hidrogênios (e elétrons) gerando uma 
molécula de H2O por cada par de elétrons que 
são transportados pelo NADH e FADH2. 
Cadeia Respiratória e fosforilação oxidativa 
Cadeia Respiratória 
Os elétrons altamente energizados provenientes da glicólise e do 
ciclo de Krebs passam por substâncias transportadoras que, 
enfileiradas na membrana interna da mitocôndria, formam a 
chamada cadeia respiratória, ou cadeia transportadora de 
elétrons. 
 Na cadeia respiratória, os elétrons passam de uma substância 
transportadora a outra, em sequência definida, liberando 
gradativamente seu “excesso” de energia. Essa energia é usada 
para forçar a passagem dos íons H+ para o espaço existente entre 
as duas membranas mitocondriais. 
Fosforilação oxidativa 
Os íons H+ acumulados “à força” no espaço entre as membranas 
mitocondriais tendem a se difundir para a matriz mitocondrial, 
mas só podem fazê-lo passando através de um conjunto de 
proteínas presentes na membrana interna da mitocôndria que 
formam a chamada sintetase do ATP. A sintetase do ATP é 
comparável à turbina de uma usina hidrelétrica: ao ser 
“movimentada” pela passagem dos íons H+, ela libera energia 
suficiente para fosforilar moléculas de ADP, transformando-as em 
ATP. Esse conjunto de reações, que resulta na fabricação de ATP, 
é chamado fosforilação oxidativa. 
De volta ao interior da mitocôndria, os íons H+ 
combinam-se com os elétrons transportados pela 
cadeia respiratória, agora com baixa energia, e com 
átomos provenientes do gás oxigênio, formando água. 
OXIDAÇÃO AERÓBIA DE COMPOSTOS 
ORGÂNICOS DIFERENTES DE CARBOIDRATOS 
 
Além de açúcares, outras fontes de carbono podem 
estar disponíveis aos microrganismos: 
- Proteínas 
- Lipídios 
 
 
 
 
Estafilococos que habitam 
a pele humana são 
capazes de hidrolisar os 
lipídios da pele para a 
obtenção de energia. 
Algumas 
bactérias podem 
utilizar 
aminoácidos que 
se encontram 
livres no meio ou 
que são obtidos 
por hidrólise de 
proteínas 
OXIDAÇÃO AERÓBIA DE COMPOSTOS 
INORGÂNICOS 
 
 Há bactérias capazes de se multiplicar em ambientes 
totalmente desprovidos de matéria orgânica. Estes 
microrganismos oxidam compostos inorgânicos para 
produzir ATP. 
 
Ex: bactérias nitrificantes 
NO2
- (nitrito) + O2 → NO3
- (nitrato) + Energia (ATP) 
 
 
 
 
OXIDAÇÃO ANAERÓBIA 
Fermentações 
Fermentação pode ser definida como um processo que: 
1. Libera energia a partir de açúcares ou outras moléculas 
orgânicas. 
2. Não requer oxigênio. 
3. Não requer a utilização do ciclo de Krebs ou de uma 
cadeia de transporte de elétrons. 
4. Produz somente uma pequena quantidade de ATP 
(somente uma ou duas moléculas de ATP para cada 
molécula de matéria inicial). 
Glicose 
2 piruvatos 2 lactatos 
Glicólise anaeróbica 
Glicólise 
Fermentação lática 
piruvato lactato 
Lactato 
desidrogenase 
glicólise 
É comum em algumas bactérias, protozoários, fungos e tecidos 
animais 
- coalhadas 
- iogurte 
- queijos 
- leite azedo 
- cárie 
É comum em algumas bactérias e fungos do gênero Saccharomyces 
cerevisiae. 
- Cerveja 
- Vinhos 
- Aguardente 
- Pão 
- combustível 
Fermentação alcoólica 
Glicólise anaeróbica ou fermentação 
O produto final da glicólise anaeróbica é o LACTATO 
Balanço energético: 4 ATPs prouzidos 
 2 ATPs gastos 
Rendimento líquido: 2 ATPs 
Fermentação lática 
 humanos 
Fermentação alcoólica 
 bactérias 
Fermentação 
Entregar texto sobre fermentação para os alunos 
(Tortora) 
Respiração anaeróbica 
 
Na respiração anaeróbica, o aceptor final de elétrons é uma 
substância inorgânica diferente do oxigênio (O2). 
 
Estes compostos podem ser: 
nitrato (NO3
–), nitrito (NO2
–), sulfato (SO4
2–), carbonato (CO3
2-). 
 
ATP gerada na respiração anaeróbica varia com o micro-
organismo e a via. Como nem todos os carreadores na cadeia de 
transporte de elétrons participam na respiração anaeróbica, o 
rendimento de ATP nunca é tão elevado quanto na respiração 
aeróbica. 
 
Consequentemente, os anaeróbicos tendem a crescer mais 
lentamente que os aeróbicos. 
Nutrição 
clorofila 
Não é realizada nos 
cloroplastos 
Reação quimiossintética nas Nitrossomonas: 
 
NH3 (amônia) + O2 → NO2
- (nitrito) + Energia 
 
6 CO2 + 6 H2O + Energia → C6H12O6 + 6 O2 
 
Reação quimiossintéticanas Nitrobacter: 
 
NO2
- (nitrito) + O2 → NO3
- (nitrato) + Energia 
 
6 CO2 + 6 H2O + Energia → C6H12O6 + 6 O2 
 
(ruminantes, cupins e bactérias que 
degradam a celulose) 
(bactérias patogênicas) 
(organismos mortos) 
FATORES NECESSÁRIOS PARA O CRESCIMENTO BACTERIANO 
 
 
1- TEMPERATURA 
 
# A maioria dos micro-organismos cresce bem nas temperaturas 
ideais para os seres humanos. Contudo, certas bactérias são 
capazes de crescer em extremos de temperatura que certamente 
impediriam a sobrevivência de quase todos os organismos 
eucarióticos. 
# Classificados em três grupos principais considerando as 
variações de temperatura de crescimento 
 
Psicrófilos – crescimento em baixas temperaturas 
 
Mesófilos – crescimento em temperaturas moderadas 
 
Termófilos – crescimento em altas temperaturas 
A temperatura ótima para a maioria das 
bactérias patogênicas e de cerca de 37°C, e 
as estufas para culturas clínicas em geral são 
ajustadas nessa temperatura. 
 
Os mesófilos incluem a maioria dos 
organismos deteriorantes e patogênicos. 
A maioria das bactérias requer valores 
de pH em torno da neutralidade para 
sua nutrição e crescimento. 
2- 
FATORES NECESSÁRIOS PARA O CRESCIMENTO BACTERIANO 
 
Quando bactérias são cultivadas no laboratório, elas 
com frequência produzem ácidos que algumas vezes 
interferem com o seu próprio crescimento. Para 
neutralizar os ácidos e manter o pH apropriado, 
tampões químicos são incluídos no meio de cultura. 
As peptonas e os aminoácidos atuam como tampões 
em alguns meios, e muitos meios também contêm sais 
de fosfato. 
3- CONCENTRAÇÃO DE CLORETO DE SÓDIO – NaCl 
 
Não halofílicas < 0,05% 
 
Halofílicas > 0,5% 
 
Halofílicas extremas > 6% 
• O sódio participa do mecanismo de transporte e na 
estabilidade e atividade catalítica de várias enzimas. 
 
• Tem importante papel estabilizador na membrana externa das 
bactérias halofílicas. 
FATORES NECESSÁRIOS PARA O CRESCIMENTO BACTERIANO 
 
4- OXIGÊNIO 
 
O oxigênio pode ser ESSENCIAL, INDIFERENTE, ou NOCIVO à vida 
das bactérias. 
 
O oxigênio exerce um papel decisivo no crescimento bacteriano. 
 
Quanto à necessidade de oxigênio, as bactérias podem ser 
divididas em: 
 
# AERÓBICOS ESTRITOS OU OBRIGATÓRIOS – necessitam de 
oxigênio para a sua sobrevivência. 
 
FATORES NECESSÁRIOS PARA O CRESCIMENTO BACTERIANO 
 
# ANAERÓBICOS FACULTATIVOS – podem utilizar oxigênio quando 
este está disponível, porém, na sua ausência, são capazes de 
continuar o seu crescimento através da respiração anaeróbica ou 
fermentação. 
 
# ANAERÓBICOS AEROTOLERANTES – toleram a presença de 
oxigênio, mas não crescem na sua presença. 
 
# BACTÉRIAS MICROAERÓFILAS – crescem em concentrações de 
oxigênio inferiores as encontradas no ar. 
 
# ANAERÓBICOS ESTRITOS – o oxigênio é letal, ex: Clostridium 
tetani. 
5- ÁGUA 
 
# A água não constitui um nutriente, mas é 
absolutamente indispensável para o crescimento. Uma 
vez que as bactérias só se nutrem de substâncias em 
solução. 
 
# Exerce função primordial na regulação da pressão 
osmótica (salgamento). 
 
# A maior parte das bactérias, quando não esporuladas, 
morre rapidamente pela dessecação. 
FATORES NECESSÁRIOS PARA O CRESCIMENTO BACTERIANO 
 
FATORES NECESSÁRIOS PARA O CRESCIMENTO BACTERIANO 
 
 
6- FONTES DE CARBONO 
 
# O carbono é indispensável à síntese dos componentes celulares, 
deve ser fornecido à bactéria seja na forma de composto orgânico, 
como por exemplo os carboidratos (glicose, frutose, lactose, ...), 
ou inorgânicos, no caso o CO2. 
 
# Metade do peso de uma célula bacteriana típica é composta de 
carbono. 
 
 
FATORES NECESSÁRIOS PARA O CRESCIMENTO BACTERIANO 
 
 
7- FONTES DE NITROGÊNIO 
 
# Podem usar aminoácidos, peptonas e peptídeos, extratos de 
tecidos (carne, cérebro, ...), sangue, soro, entre outros para 
síntese de proteínas, síntese de DNA e RNA 
 
8- FATORES DE CRESCIMENTO 
 
# Fatores de crescimento são substâncias que determinadas 
bactérias são incapazes de sintetizar, mas são necessárias à síntese 
e ao metabolismo celular. 
Ex: algumas vitaminas 
 
 
9- ELEMENTOS TRAÇOS 
 
# Os micro-organismos requerem quantidades muito pequenas de 
elementos minerais como: 
-Ferro 
-Potássio 
-Magnésio 
-Cobre 
-Molibdênio 
-zinco 
 
# Muitos são utilizados como co-fatores de algumas enzimas. 
 
FATORES NECESSÁRIOS PARA O CRESCIMENTO BACTERIANO 
 
10- ENXOFRE e FÓSFORO 
 
 
# O enxofre é utilizado para sintetizar aminoácidos 
contento enxofre e vitaminas como a tiamina e a 
biotina. 
 
# O fósforo é essencial para síntese de DNA e RNA, 
dos fosfolipídios das membranas celulares, para a 
formação do ATP. 
FATORES NECESSÁRIOS PARA O CRESCIMENTO BACTERIANO 
 
MEIOS DE CULTURA 
 
# Para se obter o crescimento bacteriano in vitro é necessário fazer 
uma semeadura em meios de cultura. 
 
# Os meios de cultura são um conjunto de substâncias que 
permitem o desenvolvimento de bactérias em sua superfície ou em 
seu interior. 
 
# Todo meio de cultivo deve possuir uma fonte de carbono, 
nitrogênio e energia. 
 
# Os meios líquidos apresentam seus componentes dissolvidos em 
água e acondicionados em tubos. 
 
MEIOS DE CULTURA 
 
# Os meios sólidos, são meios inicialmente líquidos, que após a 
dissolução dos componentes é acrescentado ágar-ágar, cuja função 
é provocar a solidificação do meio. Estes por sua vez, podem ser 
acondicionados em placas ou tubos. 
MEIOS DE CULTURA 
 
# Meio de cultura é o material nutriente preparado no laboratório 
para o crescimento de microrganismos. 
# Microrganismos que crescem e se multiplicam nos meios de 
cultura são denominados cultura. 
# O meio deverá, inicialmente, ser estéril. 
 
# MEIO SELETIVO – favorecem o crescimento da bactéria de 
interesse impedindo o crescimento de outras bactérias (ágar 
MacConkey-só cresce Gram negativa ). 
 
# MEIO NÃO SELETIVO – favorecem o crescimento de várias 
bactérias (ágar CLED). 
 
# MEIO DIFERENCIAL – é utilizado para fácil identificação da 
colônia da bactéria de interesse quando existem outras no mesmo 
cultivo (ágar sangue - hemólise). 
Crescimento de culturas bacterianas 
• As bactérias normalmente se reproduzem por divisão binária 
ou cissiparidade. 
Crescimento de culturas bacterianas 
 O tempo necessário para uma célula se dividir (e sua população 
duplicar) é chamado de tempo de geração. 
 
 Ele varia consideravelmente entre os organismos e com as 
condições ambientais, como a temperatura. A maioria das bactérias 
tem um tempo de geração de 1 a 3 horas; outras requerem mais de 
24 horas por geração. 
 
 Já a E. coli em condições favoráveis, a divisão ocorre a cada 20 
minutos, após 20 gerações, uma única célula inicial poderá ter 
gerado mais de um milhão de células. Esse aumento ocorrerá em 
cerca de 7 horas. Em 30 gerações, ou 10 horas, a população poderá 
ser de um bilhão. 
FASES DO CRESCIMENTO BACTERIANO 
 
Quando algumas bactérias são inoculadas em um meio líquido de 
crescimento e a população e contada em intervalos regulares, é 
possível representar graficamente a curva de crescimento 
bacteriano, que mostra o crescimento das células em função do 
tempo. 
 
Numa curva de crescimento típica para uma cultura bacteriana, no 
mínimo existem quatro fases principais. 
 
# FASE LAG (latência): Período em que ocorre pouca ou nenhuma 
divisão celular. Período de intensa atividade metabólica 
principalmente pela síntese de várias moléculas e de enzimas. 
 
FASES DO CRESCIMENTO BACTERIANO 
 
# FASE LOG (logarítmica): É a fase de crescimento exponencial 
onde a reprodução celular esta extremamente ativa e o tempo de 
geração atinge um valor constante.Nesta fase os micro-organismos 
são sensíveis às mudanças ambientais. 
 
# FASE ESTACIONÁRIA: O crescimento diminui, o número de morte 
celular se torna equivalente ao de células novas e a população se 
torna estável. 
 
# FASE DE MORTE CELULAR (declínio ou morte): Também 
chamada de fase de declínio pois o número de células mortas 
excede o de células novas.