Aula 3 - Metabolismo microbiano

Prévia do material em texto

REVISÃO DAS 
AUL AS 1 E 2
P R O F E S S O R A T H A I S
NOMENCLATURA DE MICRO-
ORGANISMOS
Nomenclatura
• Nomes científicos são em latim 
• 2 nomes – o gênero é o primeiro, iniciado com letra maiúscula; o segundo nome é o epíteto 
específico (nome das espécies),
• em letra minúscula
• O gênero e o epíteto são escritos em itálico ou sublinhados.
• Após um nome científico ter sido mencionado uma vez, ele pode ser abreviado
• Ex.: Staphylococcus aureus
BACTÉRIAS
• Bacilos
• Cocos
• Espirilos
• Podem formar pares, cadeias, grupos 
• Geralmente se reproduzem por fissão binária
• Nutrição: compostos orgânicos encontrados na natureza ou fotossíntese ou compostos 
inorgânicos
ARCHEA
• Arqueobactérias
• Divididas em três grupos principais
– Metanogênicas  produzem metano como resultado da 
respiração
– Halofílicas extremas (halo = sal; filo = amigo)  vivem em 
ambientes muito salinos
– Termofílicas extremas (termo = quente) vivem em águas sulfurosas 
e quentes
• As arquibactérias não são conhecidas como causadoras de 
doenças em humanos.
FUNGOS
• Eucariotos
• Unicelulares (leveduras) ou multicelulares
• Não realizam fotossíntese
• Parede celular composta principalmente por quitina. 
• Fungos típicos: bolores (fungos filamentosos)  formam micélios, compostos de longos 
filamentos (hifas)
• Reprodução sexuada e assexuada
• Nutrição: absorção de soluções de matéria orgânica
PROTOZOÁRIOS
• Os protozoários (do latim, protozoa, singular: protozoan) são micróbios unicelulares 
eucarióticos
• Se movimentam por meio de pseudópodes, flagelos ou cílios
• Apresentam uma variedade de formas
• Vida livre ou parasitas
• Ex.: amebas
ALGAS
• As algas (do latim, algae, singular: alga) são eucariotos fotossintéticos
• Ampla variedade de formas
• Reprodução sexuada e assexuada 
• Parede celular composta de um carboidrato chamado de celulose.
• Abundantes em água doce e salgada, no solo e em associação com plantas
• Fotossintetizadoras (necessitam de luz, água e dióxido de carbono)
• As algas produzem oxigênio e carboidratos
VÍRUS
• Menores micro-organismos
• Acelulares
• Partícula viral simples
• DNA ou RNA
• Parasitas intracelulares obrigatórios
BIORREMEDIAÇÃO – BACTÉRIAS 
LIMPANDO A POLUIÇÃO
• Necessidade nutricional das bactérias é semelhante à dos humanos
• Provocam deterioração de alimentos
• Algumas bactérias metabolizam substâncias tóxicas (metais pesados, enxofre, nitrogênio 
gasoso, petróleo e mercúrio)
• Essas bactérias que degradam poluentes estão presentes naturalmente no solo e na água, mas 
em números baixos
O QUE SÃO OS COMPOSTOS 
ORGÂNICOS E INORGÂNICOS?
• São a base da alimentação dos micro-organismos
• Compostos inorgânicos : moléculas, geralmente pequenas e de estrutura simples, que 
tipicamente não contêm carbono. 
– Ex: água, O2, CO2, sais, ácidos e bases
• Os compostos orgânicos: sempre contêm carbono e hidrogênio e sua estrutura típica é 
complexa.
– Ex.: açúcares, aminoácidos e vitaminas
TECNOLOGIA DO DNA RECOMBINANTE
• Os micro-organismos podem ser modificados geneticamente para a fabricação de uma grande quantidade de 
hormônios e outras substâncias
• Paul Berg mostrou que fragmentos do DNA (genes) humano ou animal podem ser ligados ao DNA bacteriano
• O híbrido resultante foi o primeiro exemplo de DNA recombinante. 
• Quando o DNA recombinante é inserido dentro das bactérias (e outros micro-organismos),pode ser utilizado 
para produzir uma grande
• quantidade de proteínas desejadas. 
• A tecnologia do DNA recombinante une duas áreas relacionadas: a genética microbiana e a biologia 
molecular
• Genética microbiana  estuda os mecanismos pelos quais os micro-organismos herdam suas características
• Biologia molecular  estuda como a informação genética é transmitida nas moléculas de DNA e como o 
DNA direciona a síntese de proteínas.
UTILIZAÇÃO DE MICRO-ORGANISMOS
• Reciclar os elementos vitais do solo e da atmosfera
– Os micro-organismos são os principais responsáveis pela conversão de alguns elementos químicos 
(carbono, nitrogênio, oxigênio, enxofre e fósforo) em formas que podem ser utilizadas por plantas e 
animais
• Tratamento de esgotos
• alimentos comuns e compostos químicos
MICROBIOTA NORMAL
• Variedade de micro-organismos dentro do corpo. 
• Não faz mal
• Pode ser em alguns casos ser benéfica
• Papel da microbiota
– Proteger contra as doenças por prevenir o crescimento de micro-organismos nocivos
– Produzir substâncias úteis como vitamina K e algumas vitaminas do complexo B
• Quando certa microbiota normal sai do seu nicho, ela pode causar doença. 
BIOFILMES
• Micro-organismos atados uns aos outros e/ou a uma superfície em geral sólida. 
• Benéficos  capazes de proteger as membranas mucosas de agentes nocivos
• Nocivos  capacidade de causar infecções
• Biofilmes oferecem uma barreira protetora contra a ação antibiótica.
Figura 1.8 Biofilme sobre um cateter. A bactéria Staphylococcus liga-se nas superfícies sólidas, 
formando uma camada limosa. As bactérias liberadas
deste biofilme podem causar infecções.
BIOFILMES
– Placa bacteriana
– ATB eliminam a primeira camada de biofilme, porém as bactérias continuam a se multiplicar
– Bactérias se grudam por açúcares e fazem troca de informações entre bactérias de diferentes
células
– Podem produzir toxinas ou transferir genes de resistência por plasmídeos
REVISÃO DAS ESTRUTURAS 
BACTERIANAS
DANO À PAREDE CELULAR
• Lisozima 
– Enzima que catalisa a
hidrolise das pontes entre os
açúcares nos dissacarideos da
parede celular das gram-
positivas
– O conteúdo celular que
permanece circundado pela
membrana plasmática pode
ficar intacto
DANO A GRAM NEGATIVAS
• As paredes celulares das bactérias gram-negativas são mais suscetíveis ao rompimento mecânico.
• A membrana externa da célula gram-negativa consiste em lipopolissacarídeos (LPS), lipoproteínas e 
fosfolipídeos
– Evasão da fagocitose
– Barreira para certos antibióticos (p. ex., penicilina)
– Barreira para enzimas digestivas (lisozima, detergentes, metais pesados, sais biliares e certos corantes)
• Quando bacterias gram-negativas morrem, elas liberam lipideo A, que funciona como uma 
endotoxina
– Febre, dilatação de vasos venosos, choque e formação de coágulos sanguíneos
MEMBRANA PLASMÁTICA 
(CITOPLASMÁTICA)
• Bicamada lipídica
• Glicoproteínas
• Glicolipídeos
• Digestão de nutrientes
• Produção de energia 
• Permeabilidade seletiva
METABOLISMO E 
FISIOLOGIA 
MICROBIANA
P R O F E S S O R A T H A I S
NECESSIDADES NUTRICIONAIS
• Autotróficos 
• Heterotróficos
• Cultivo in vivo e in vitro 
– Carbono, nitrogênio, sais minerais, fatores de crescimento e água
– Temperatura, pH, potencial osmótico, aeração etc.
O QUE OS MICRO-
-ORGANISMOS COMEM?
• Assimilação dos nutrientes ocorre através de reações enzimáticas
• Reações catabólicas (decompositoras)
• Reações anabólicas (biossíntese)
• Ingestão ou fagocitose (poucos micro-organismos)
• As principais vias metabólicas são:
a) Glicolítica
b) Fermentativa
c) Respiração aeróbia
d) Respiração anaeróbia
a) Fotolitotróficos ou 
fotoautotróficos
luz (fonte de energia) e CO2 (fonte 
de carbono)
Ex. bactérias fotossintetizantes 
(cianobactérias)
c) Quimiolitotróficos
compostos inorgânicos (gás 
sulfídrico, enxofre, amônia, gás 
hidrogênio, ferro) (energia) e CO2 
(carbono)
b) Fotorganotróficos
Luz (energia) e compostos 
orgânicos (álcool, carboidratos, etc.) 
(carbono.)
Ex. bactérias verdes não sulfurosas
(Chloroflexus) e bactérias púrpurasnão 
sulfurosas (Rhodopseudomos)na
d) Quimiorganotróficos
campostos orgânicos como fontes 
de energia e de carbono. 
Ex. a maioria das bactérias, fungos e 
protozoários.
O QUE OS MICRO-ORGANISMOS COMEM?
PH
a) Acidófilos
b) Mesófilos
c) Alcalófilos
a) Aeróbios
b) Anaeróbios
c) Microaeróbios
d) Anaeróbios facultativos
AERAÇÃO
As bactérias apresentam melhor crescimento a pH 7, com
tolerância entre 4 a 8.
VIAS METABÓLICAS
• Respiração: glicólise, ciclo de Krebs e cadeia de transporte de elétrons
Os organismos liberam e armazenam energia
Via metabólica é a sequência de reações químicas catalisadas por enzimas ocorrendo 
em uma célula
A principal fonte de energia são os carboidratos (principalmente glicose)
Produção de energia a partir de carboidratos: respiração celular e a fermentação
glicose Ácido pirúvico
Acetil-CoA CO2
ATP NADH
Glicólise
ATP
NADH
FADH2
Ciclo de Krebs ATP
Reações de oxidação-
redução
Cadeia de transporte de elétrons
REAÇÕES CATABÓLICAS E 
ANABÓLICAS
metabolismo
soma de todas as reações químicas dentro de um organismo vivo
Anabolismo Catabolismo
liberam energiaconsomem energia
formações de proteínas a partir de aminoácidos,
de ácidos nucleicos a partir de nucleotídeos, e de 
polissacarídeos a
partir de açúcares simples.
quando as células
quebram açúcares em dióxido de carbono e água.
ATP armazena a energia derivada de reações catabólicas e a 
libera posteriormente para dirigir as reações anabólicas
• Catabolismo  parte da energia é perdida como calor e parte está disponível para as funções 
celulares
• A célula precisa de energia
• Necessidade de novas fontes externas
• As vias metabólicas da célula (sequências de reações químicas)  produzem energia
– Determinadas por suas enzimas
– Enzimas são determinadas pela constituição genética da célula.
ENZIMAS
• Catalisadores biológicos. 
• Cada uma atua em um substrato 
• A função: acelerar as reações bioquímicas a uma 
temperatura que seja compatível com o 
funcionamento normal da célula.
• Enzimas são proteínas, podento ter uma porção 
proteica chamada de apoenzima e um 
componente não proteico chamado de cofator 
(ex.: íons de ferro, zinco, magnésio ou cálcio)
RESPIRAÇÃO CELULAR
• Processo gerador de ATP no qual moléculas são oxidadas
Aeróbica
Utiliza O2
Ciclo de Krebs
Libera CO2
Anaeróbica
Não utiliza O2 e pode ser morto 
por ele
Somente uma parte do ciclo de 
Krebs funciona sob condições 
anaeróbicas
Rendimento de ATP menor
Os anaeróbicos tendem a crescer 
mais lentamente
TESTES BIOQUÍMICOS E IDENTIFICAÇÃO
BACTERIANA
• Detectar a presença de enzimas
• Teste de fermentação
– Meio testado contém proteínas, um único carboidrato, um indicador de pH e um tubo de Durham 
invertido para capturar gás
• Bactérias utilizam a proteína ou o carboidrato como fonte de carbono e energia.
• Utilizam carboidrato  produzem ácido, o indicador de pH muda de cor.
• Produzem gás  bolha no tubo de Durham
CRESCIMENTO 
BACTERIANO
P R O F E S S O R A T H A I S
INTRODUÇÃO
• Crescimento bacteriano = aumento do número de células (não do tamanho)
• Controlar o crescimento dos micro-organismos que causam doenças ou deterioração de 
alimentos
• Como estimular o crescimento de micro-organismos benéficos
• Fatores que controlam o crescimento:
– Físicos: temperatura, pH e pressão osmótica
– Químicos: fontes de carbono, nitrogênio, enxofre, fosforo, oxigênio, elementos traços e fatores 
orgânicos 
FATORES QUE CONTROLAM O CRESCIMENTO 
FATORES FÍSICOS
TEMPERATURA
• a) Psicrófilos: ótimo crescimento a 
10ºC,
– Toleram entre -10ºC a 20ºC
– Ambientes glaciais;
• b) Psicrotróficos: ótimo 
crescimento a 20ºC
– Toleram entre 0ºC a 30ºC.
– Ambientes refrigerados;
• c) Mesófilos: ótimo crescimento a 
35ºC 
– Toleram entre 10ºC a 45ºC.
– Ambiente e da microbiota humana e 
de animais;
• d) Termófilos: ótimo crescimento a 
60ºC
– Toleram entre 40ºC a 70ºC.
– Compostagem ou processos 
térmicos;
• e) Extremófilos: ótimo crescimento 
a 90ºC
– Toleram entre 65ºC a 110ºC.
– Ambientes quentes (vulcões, regiões 
termais, gêiser).
FATORES QUE CONTROLAM O CRESCIMENTO 
FATORES FÍSICOS
• pH
– Melhor crescimento perto da neutralidade
– Acidófilas (resistentes à acidez)
– Quando bactérias são cultivadas no laboratório, elas com frequência 
produzem ácidos que algumas vezes interferem com o seu próprio 
crescimento
FATORES QUE CONTROLAM O CRESCIMENTO 
FATORES FÍSICOS
• PRESSÃO OSMÓTICA
– Isotônico x hipertônico x hipotônico
– Hipertônico com sal ou açúcar: peixe salgado, mel e leite condensado (preservação de 
alimentos)
FATORES QUE CONTROLAM O CRESCIMENTO 
FATORES QUÍMICOS
• Carbono
– Esqueleto estrutural
– Proveniente de proteínas, carboidratos e lipídeos ou dióxido de carbono
• Nitrogênio, exofre e fósforo
– Nitrogênio  amino  aminoácidos  proteínas
– Enxofre  aminoácidos contendo enxofre  proteínas
– Enxofre  tiamina e biotina
– Fósforo  ácido nucléico e fosfolipídeos
FATORES QUE CONTROLAM O CRESCIMENTO 
FATORES QUÍMICOS
• Elementos traços
– Quantidade muito pequena
– Ferro
– Cobre
– Molibdênio
– Zinco
– Estão presentes na água de torneira
FATORES QUE CONTROLAM O CRESCIMENTO 
FATORES QUÍMICOS • Oxigênio
Escherichia coli Clostridium spp. Lactobacilos Campylobacter jejuniSalmonella spp.
• Por que o oxigênio causa danos nos seres anaeróbios?
– Oxidação de componentes celulares essenciais
– A oxidação gera radicais livres e outras espécies tóxicas de derivados do O2
– O2 pode inibir algumas enzimas de organismos anaeróbios
• As bactérias aneróbias obrigatórias não produzem enzimas peroxidase e 
superóxido dismutase, que elimina os radicais peróxido e superóxido do 
metabolismo oxigenativo.
• Portanto, as que não formam esporos, morrem em presença do oxigênio.
FATORES QUE CONTROLAM O CRESCIMENTO 
FATORES ORGÂNICOS
• Vitaminas
• Aminoácidos
• Purinas
• Pirimidinas
• Muitas bactérias sintetizam suas próprias vitaminas
• Algumas bactérias não possuem as enzimas necessárias para a síntese de 
certas vitaminas
CURVA NORMAL DE CRESCIMENTO 
BACTERIANO
• Crescimento de forma assexual por fissão binária ou cissiparidade
1. Alongamento
2. Replicação do DNA
3. Invaginação da membrana e da 
parede celular
Tempo de geração
Escherichia coli TG: 20 minutos
Mycobacterium tuberculosis TG >18 
horas
Fase log: conhecida como fase logarítmica ou de crescimento 
exponencial.
Divisão constante das células, duplicando a população a cada geração. 
Intensa atividade metabólica
Fase lag: fase adaptativa ou de latência. 
Cél ativa intensamente seu metabolismo, 
porém não se multiplica. Pode levar horas 
ou dias
Fase estacionária: nº céls novas sendo 
geradas diminui, equivalendo-se ao nº de 
células destruídas.
Há multiplicação mas não crescimento; alta 
competitividade por espaço e nutrientes. 
Início da esporulação
Fase de declínio: 
multiplicação rara; 
população decresce; 
escassez nutricional e 
formação de 
substâncias tóxicas. 
Algumas bactérias 
conseguem se manter 
viável por longo 
tempo, mesmo nestas 
condições.
AUL A 4
GENÉTICA 
BACTERIANA
P R O F E S S O R A T H A I S
GENOMA BACTERIANO
• Características estruturais (morfologia)
• Reações bioquímicas (metabolismo)
• Motilidade
• Capacidade de sobrevivência
• Interação com outros microrganismos 
• Etc.
DNA
Transmitido entre gerações
• Alta capacidade de mutação
• Código genético  doenças e atividademicrobiana
• Genoma 
• Gene
• Proteína
• DNA
• Bases nitrogenadas
– Purinas: Adenina (A) e Guanina (G);
– Pirimidinas: Citosina (C), Timina (T), Uracila (U)
• Nucleotídeo: uma base ligada a um açúcar e um ou mais fosfatos 
CROMOSSOMO E PLASMÍDEO
• Cromossomo bacteriano: uma única molécula de DNA
• Plasmídio: informações não essenciais, com a mesma estrutura física do cromossomo, porém 
em menor quantidade de informações. 
• Os tipos de plasmídio são: F (sexual ou fertilidade), R (resistência), V (virulência), M 
(metabólico) etc.
TRANSPOSONS
• Elementos transponíveis, com capacidade de movimentar-se de um local para outro no 
genoma
• Movimentam-se da fita de plasmídio para o DNA
TRANSPOSONS
• TIPOS DE TRANSPOSONS
a) Sequência de inserção (SI): 
• Um gene que codifica a transposase e locais de
• reconhecimento que são sequências curtas, invertidas de DNA;
• b) Transposon (Tn): 
• são maiores que as SI e carreiam outros genes (como resistência, antagonismo, síntese 
enzimática)
SÍNTESE PROTEICA: TRANSCRIÇÃO E 
TRADUÇÃO
VARIABILIDADE GENÉTICA –
MUTAÇÃO
• Alterações ocorridas na sequência de nucleotídeos na molécula de DNA
• É um fenômeno comum
• Tem caráter evolutivo
VARIABILIDADE GENÉTICA –
MUTAÇÃO
• Espontânea: falhas no mecanismo de replicação, onde um ou alguns 
pares de nucleotídeos são suprimidos ou inseridos no DNA);
• Induzida: ocorre pela exposição aos agentes mutagênicos (ioniza o 
DNA)
– Radiação (raios ultravioleta, raios X, raios gama):
– Corantes, antibióticos, metais pesados, drogas, calor etc.
• Mutações pontuais
PROCESSOS DE TRANSFERÊNCIA DE 
GENES
• Micro-organismos transferem material genético entre si
• A transferência de genes pode ocorrer de três formas conhecidas:
Transformação, conjugação e transdução
PROCESSO DE TRANSFERÊNCIA DE 
GENES