Nota de Aula - Crescimento Microbiano

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Microbiologia Geral
Universidade Federal de Viçosa
Reitora
Nilda de Fátima Ferreira Soares
Vice-Reitor
Demétrius David da Silva
BATISTA, Wendel e PASSOS, Flávia Maria. Crescimento e regulação do metabolismo micro-
biano. Viçosa, 2012.
Layout: Diogo Rodrigues
Capa: 
Editoração Eletrônica: Cibelih Hespanhol
Revisão Final: João Batista Mota
Diretor
Frederico Vieira Passos
Prédio CEE, Avenida PH Rolfs s/n
Campus Universitário, 36570-000, Viçosa/MG
Telefone: (31) 3899 2858 | Fax: (31) 3899 3352
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Crescimento e regulação do metabolismo microbiano
Sumário
introdução
CreSCimento miCrobiano
CreSCimento diáuxiCo
ViSão geral da regulação do metaboliSmo 
miCrobiano
FatoreS ambientaiS que aFetam o CreSCimento
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Microbiologia Geral
Introdução
Conteúdo integrante da disciplina Microbiologia Geral (MBI 100)
Professor Wendel Batista da Silveira
Professora Flávia Maria Lopes Passos
Departamento de Microbiologia
Entender o crescimento microbiano é importante em Microbiologia, pois 
nenhuma atividade microbiana é de interesse do homem se for exercida por 
apenas uma célula. É a capacidade de formar populações de milhões de células 
que amplifica os efeitos. Os micro-organismos têm uma incrível capacidade de 
se adaptar e crescer nos mais diversos ambientes. Em resposta à variação das 
condições ambientais, os micro-organismos regulam seu metabolismo para 
utilizar, da melhor forma possível, os recursos disponíveis no meio e, assim, 
ajustam seu crescimento de acordo com o metabolismo. 
Neste texto, a expressão do crescimento de micro-organismos unicelulares, 
como bactérias, será definida como uma progressão geométrica de populações 
de células que se dividem por fissão binária. Os parâmetros velocidade específica 
de crescimento, número de gerações e tempo de geração serão identificados. 
Em seguida, serão descritas as fases do crescimento de populações microbianas 
e os fatores que limitam o crescimento. Serão discutidos os efeitos dos fatores 
ambientais temperatura, pH, disponibilidade de água e de oxigênio sobre o 
crescimento. Finalmente, considerando que o crescimento é ajustado com 
o metabolismo microbiano e esse é regulado pela atividade e/ou síntese das 
enzimas, serão descritos também alguns exemplos de regulação da síntese e 
atividade de enzimas em resposta à variação do tipo e concentração de nutriente.
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Crescimento e regulação do metabolismo microbiano
Crescimento 
microbiano
Muitas bactérias se reproduzem por um processo de divisão celular 
denominado fissão binária. Entretanto, existem bactérias que se reproduzem por 
brotamento, enquanto outras por fragmentação de filamentos. Além disso, certas 
bactérias filamentosas do grupo actinomicetos se reproduzem pela formação de 
esporos, que são carregados externamente nas pontas dos filamentos. 
1.1. Divisão celular por fissão binária
No processo de divisão celular por fissão binária, ocorre a divisão da célula-
mãe em duas células-filhas de tamanho idêntico. Neste texto, será considerada 
a divisão celular por fissão binária da bactéria Escherichia coli (E. coli) (Figura 1). 
O crescimento microbiano pode ser definido como o aumento da 
densidade populacional, isto é, o aumento do número ou de massa de 
células. 
Capítulo 1
Figura 1: Divisão celular por fissão binária Fonte: Madigan et al., 2004 – Microbiologia de 
Brock 10ª edição
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Microbiologia Geral
A replicação do cromossomo é iniciada quando E. coli atinge uma massa 
celular crítica. Para ocorrer a partição dos cromossomos entre as duas células, 
o DNA cromossomal tem de estar ligado à membrana citoplasmática durante 
a divisão. A formação do septo é iniciada com o crescimento da membrana 
citoplasmática e da parede celular para o interior da célula. Quando o septo é 
finalizado, ocorre a separação das células-filhas. O tempo requerido para a célula 
bacteriana se dividir é chamado de tempo de geração. Durante o período de 
geração, o crescimento bacteriano é dito balanceado, isto é, os constituintes 
celulares aumentam proporcionalmente, dobrando a cada divisão celular. 
1.2. Cinética de crescimento
Em condições ótimas, quando nenhum fator físico-químico é limitante, o 
crescimento da cultura bacteriana é dito balanceado e ocorre com velocidade 
específica máxima. Essa etapa de crescimento é denominada fase exponencial 
ou log. Durante o crescimento exponencial, o número de células bacterianas 
que se dividem por fissão binária dobra a cada geração (Figura 2). 
Figura 2: Crescimento balanceado de uma cultura bacteriana que se divide por fissão 
binária 
Portanto, o crescimento exponencial bacteriano é uma progressão 
geométrica de quociente 2. Sua equação é 
Onde N = número total de células na população, n = número de gerações e 
No= número inicial de células. 
Tal equação pode ser resolvida adicionando a função logarítmica (log10) nos 
dois lados da equação, que assim pode ser representada:
Considerando que ,
Onde T = tempo de crescimento exponencial e tg = tempo de geração, 
pode-se representar a equação como:
Quando se constrói um gráfico,no qual o número de células é plotado em 
escala logarítmica (log10) no eixo Y e o tempo é plotado em escala aritmética, 
obtém-se uma linha reta que reflete uma relação linear entre o logN versus o 
tempo de crescimento exponencial (Figura 3). 
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Crescimento e regulação do metabolismo microbiano
A velocidade específica de crescimento (µ) corresponde ao coeficiente 
angular da reta tangente,
µ= 
Portanto, determinando a velocidade específica de crescimento, que 
é calculada a partir da inclinação da função linear obtida de um gráfico 
semilogarítmico de crescimento exponencial, pode-se determinar o tempo de 
geração.
1.3. Fases do crescimento populacional
A cultura microbiana que cresce em um recipiente fechado contendo 
um meio de cultivo é denominada cultura em batelada. Quando se mede o 
crescimento da cultura em batelada ao longo do tempo é possível construir um 
gráfico semilogarítmico do logN em relação ao tempo de cultivo, chamado curva 
de crescimento. Ao se analisar a curva de crescimento em batelada, quatro fases 
de crescimento são observadas: a fase lag, a fase exponencial, a fase estacionária 
e a fase de morte (Figura 4). 
Figura 3: Velocidade específica de crescimento de uma cultura microbiana
Figura 4 : Curva de crescimento de uma cultura microbiana em batelada
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Microbiologia Geral
1.3.1. Fase lag
Geralmente, a primeira etapa do crescimento é a fase lag, também conhecida 
como fase de latência. Nela, a massa celular não aumenta, porque as células 
estão se adaptando ao meio para crescer. Existem duas situações em que 
frequentemente se observa a fase lag. Na primeira, uma cultura velha em fase 
estacionária é transferida para um novo meio de composição química idêntica 
ao anterior. Geralmente, isto ocorre porque as células requerem um tempo para 
se recuperar do estado de latência em que se encontravam, devido ao estresse 
por restrição nutricional ou produtos tóxicos do metabolismo que acumularam 
no meio da cultura anterior, tais como ácidos e álcoois. 
Na segunda situação, uma população microbiana cultivada em um meio 
de cultura é transferida para outro meio de composição diferente. Isto ocorre 
porque novas enzimas e coenzimas são necessárias para metabolizar os novos 
substratos do meio para o qual a cultura foi transferida. Além disso, também 
se observa a fase lag quando células microbianas, que foram injuriadas pela 
exposição a tratamentos físicos ou químicos, mas não foram destruídas, são 
inoculadas em um meio cultivo. Nessa situação, não se observa inicialmente um 
aumento na massa celular, pois as células requerem um tempo para reparar os 
danos provocados pela injúria. 
Contudo, a fase lag não ocorre quando uma cultura bacteriana em 
crescimento exponencial é transferida para um novo meio de composição 
idêntica ao anterior e as condições de cultivo são as mesmas. Nessa situação, a 
população microbiana entra imediatamente em crescimentoexponencial.
1.3.2 Fase exponencial
A fase lag é seguida pela fase exponencial de crescimento (fase log), na 
qual a massa celular aumenta exponencialmente com o tempo, pois nenhum 
fator físico-químico limita o crescimento microbiano. Assim, se as condições de 
cultivo não se tornarem limitantes, o tempo de geração não muda, e a velocidade 
específica de crescimento é máxima. Tanto a velocidade específica de crescimento, 
quanto o tempo de geração variam de acordo com os fatores ambientais, isto 
é, composição do meio de cultivo, pH, temperatura, disponibilidade de água e 
de oxigênio. Por exemplo, a velocidade específica de crescimento de um micro-
organismo é maior quando ele é cultivado em meios complexos nos quais os 
fatores de crescimento encontram-se disponíveis, do que em um meio mínimo 
contendo somente o açúcar, glicose e sais minerais. Isto ocorre porque, no 
cultivo em meio mínimo, o micro-organismo terá de sintetizar todos os fatores 
de crescimento, pois estes não se encontram disponíveis. 
1.3.3. Fase estacionária
Durante a fase exponencial, o crescimento microbiano não é limitado por 
nenhum fator, porém, com o decorrer do tempo, ocorrem mudanças no meio 
de cultivo que limitam o crescimento da cultura microbiana. Quando isso 
ocorre, a cultura entra em fase estacionária, na qual não se observa aumento 
ou diminuição líquido no número de células, isto é, a velocidade específica de 
crescimento corresponde a zero. 
Um dos fatores que limita o crescimento da cultura em batelada é o consumo 
de nutrientes; outro é a limitação de oxigênio. Além disso, o crescimento é inibido 
pelo acúmulo de metabólitos tóxicos que são excretados no meio de cultivo. Em 
resposta a essas condições de estresse ambiental, as células que entram em fase 
estacionária se modificam no intuito de evitar a morte celular. Geralmente, as 
células em fase estacionária são mais resistentes aos estresses ambientais do que 
aquelas em fase exponencial. As principais alterações que ocorrem nas células 
microbianas que entram em fase estacionária são: mudanças na superfície 
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Crescimento e regulação do metabolismo microbiano
celular, no tamanho, na forma, na composição da membrana, na composição de 
proteínas e na atividade metabólica. 
1.3.4. Fase de morte
O período em que os micro-organismos permanecem viáveis durante a 
fase estacionária não é o mesmo, pois as mudanças celulares que ocorrem na 
fase estacionária, a fim de garantir a sobrevivência, variam de micro-organismo 
para micro-organismo. Contudo, mesmos aqueles que permanecem viáveis por 
períodos mais longos, eventualmente, entrarão em fase de morte se as condições 
do meio de crescimento continuarem desfavoráveis. Geralmente, a morte das 
células microbianas em fase estacionária decorre do esgotamento da energia 
celular e da atividade de enzimas autolíticas. 
10
Microbiologia Geral
Crescimento diáuxico
Alguns micro-organismos, quando cultivados em uma mistura de duas 
fontes de carbono e energia, utilizam preferencialmente uma delas para crescer. 
O consumo da segunda fonte de carbono ocorre somente quando a fonte 
preferencial é completamente utilizada. O crescimento preferencial em uma 
determinada fonte de carbono, em detrimento de outra, gera uma curva de 
crescimento com duas fases exponenciais e uma fase lag entre elas. Esse perfil 
de crescimento é chamado crescimento diáuxico. 
Muitas bactérias, incluindo a bactéria modelo E. coli, utilizam preferencialmente 
a glicose quando cultivadas em meio contendo mistura de glicose e outra fonte 
de carbono. Por exemplo, quando a bactéria E. coli é inoculada em um meio 
definido contendo uma mistura de glicose e lactose, como únicas fontes de 
carbono e energia, o gráfico de crescimento revela um perfil bifásico, com duas 
fases exponenciais distintas (Figura 5). Quando se analisa o consumo de glicose 
e lactose ao longo do tempo, verifica-se que inicialmente a glicose é consumida, 
enquanto a lactose permanece no meio sem ser consumida (Figura 5). 
Figura 5 : Crescimento diáuxico de E. coli cultivada em uma mistura de glicose e lactose
Ao se analisar a atividade de β-galactosidase, enzima que hidrolisa o 
dissacarídeo lactose formando glicose e galactose, observa-se que não há 
atividade na presença de glicose. Isto porque a síntese de β-galactosidase não 
ocorre na presença de glicose, fenômeno conhecido como repressão catabólica 
ou repressão por glicose. A atividade de β-galactosidase é detectada somente 
quando a lactose começa a ser consumida, o que ocorre após o esgotamento da 
glicose. 
Entretanto, nem todas as bactérias utilizam preferencialmente a glicose 
como fonte de carbono. Algumas bactérias aeróbias utilizam preferencialmente 
ácidos orgânicos quando cultivadas em um meio contendo mistura de glicose e 
ácido orgânico. Por exemplo, bactérias do gênero Rhizobium cultivadas em um 
meio contendo mistura de glicose e ácido succínico utilizam preferencialmente 
o ácido succínico, ao invés da glicose. Nesse exemplo, também ocorre repressão 
catabólica, porém, o efeito repressor é exercido pelo ácido orgânico. 
2 Capítulo
11
Crescimento e regulação do metabolismo microbiano
Visão geral da 
regulação do 
metabolismo 
microbiano
O metabolismo microbiano é controlado pela regulação das enzimas que 
catalisam as reações catabólicas e anabólicas. Existem dois mecanismos básicos 
de regulação de enzimas: regulação da síntese e da atividade da enzima.
A síntese de uma enzima pode ser regulada em níveis transcricional e 
traducional. No nível transcricional, a indução ou repressão da transcrição regula 
a quantidade de RNA mensageiro (mRNA) sintetizada. Na regulação em nível 
traducional, a tradução do RNA mensageiro pode ser inibida ou ativada, isto 
é, a síntese proteica propriamente dita. No tocante à regulação da síntese de 
enzimas, destaca-se a regulação da transcrição de genes que codificam enzimas 
metabólicas. 
Algumas dessas enzimas são requeridas apenas em determinadas condições 
de crescimento e, por isso, têm sua síntese induzida em resposta a certos 
componentes do meio. Tais enzimas, portanto, são chamadas induzidas. 
Podemos citar, por exemplo, as enzimas envolvidas no metabolismo do açúcar 
lactose, que têm sua síntese induzida somente quando este açúcar está presente 
no meio. De fato, não é uma boa estratégia para uma célula microbiana gastar 
energia para sintetizar proteínas que, sob determinada condição de crescimento, 
não são necessárias. Por isso, quando a bactéria E. coli é cultivada na ausência de 
lactose, as enzimas do metabolismo desse açúcar têm sua síntese reprimida. 
Neste texto, atenção especial também será dada à regulação da atividade 
de algumas enzimas das vias metabólicas centrais, essenciais para o crescimento 
independente do meio, por exemplo, a via glicolítica, a via da pentose fosfato 
ou o ciclo do acido tricarboxílico (ciclo de Krebs). Algumas dessas enzimas são 
requeridas em concentrações aproximadamente idênticas, independentemente 
da condição de crescimento. Tais enzimas, referidas como constitutivas, são 
reguladas principalmente na sua atividade, isto é, estão sujeitas a uma regulação 
pós-traducional. Como exemplo, pode-se citar a enzima fosfofrutocinase da via 
glicolítica. 
3.1.Regulação da síntese de enzimas em nível 
transcricional
3.1.1.Visão geral da regulação da transcrição
Para estudar a regulação da síntese de enzimas em nível transcricional, 
é importante relembrar algumas características do processo de transcrição. 
A síntese de mRNA é catalisada pela enzima RNA polimerase. Para iniciar a 
síntese, tal enzima reconhece sítios de iniciação na molécula de DNA, chamados 
promotores. A RNA polimerase de bactérias é constituída por cinco subunidades 
proteicas diferentes. Quatro dessas subunidades (β, β’, α e ω) constituem o cerne 
da enzima. A subunidade δ, também chamada de fator sigma, é responsável por 
reconhecer os promotores (Figura 6). 
Capítulo 3
12
Microbiologia Geral
Figura 6 : Regulação daatividade de enzimas alostéricas
Após a síntese de um pequeno segmento de RNA, o fator sigma se dissocia 
do cerne da enzima. Mesmo com a dissociação desse fator, a síntese de RNA 
mensageiro não é interrompida, pois o cerne da enzima é responsável pela 
elongação do RNA mensageiro. Além da RNA polimerase, existem outras 
proteínas de ligação ao DNA que podem atuar como ativadoras ou repressoras 
da transcrição. 
Outro ponto importante do estudo da regulação da síntese de enzimas em 
nível transcricional é o entendimento da organização de genes que codificam 
enzimas metabólicas em regiões do genoma, denominadas operons. Em um 
operon, dois ou mais genes de uma mesma via metabólica ou de funções 
relacionadas são transcritos em um único mRNA, chamado RNA mensageiro 
policistrônico, que está sob o controle do mesmo promotor e da mesma região 
reguladora.
Em geral, a região reguladora é constituída pelo promotor (onde se liga a 
RNA polimerase), uma sequência ativadora (onde se ligam proteínas ativadoras) 
e uma sequência operadora (onde se ligam proteínas repressoras). Em geral, a 
sequência operadora está localizada na extremidade inicial do primeiro gene que 
codifica as proteínas, que exercem atividade metabólica na célula. Nessa região 
é que ocorre a ligação de proteínas repressoras que bloqueiam a transcrição.
Como mencionado anteriormente, alguns genes têm sua transcrição ativada 
ou reprimida dependendo das condições de crescimento do micro-organismo. 
Como exemplo, será descrita a regulação da transcrição dos genes do operon 
da lactose (operon lac), que codificam enzimas de assimilação de lactose, 
destacando o mecanismo de repressão e indução da transcrição. Será destacada 
também a regulação da transcrição dos genes do operon lac, quando E. coli é 
cultivada em meio contendo uma mistura de glicose e lactose, condição na qual 
ocorre repressão catabólica ou repressão por glicose. 
3.1.2 Repressão e indução da transcrição dos genes do 
operonlac
 Quando E. coli é cultivada na ausência de lactose, os genes do operon lac 
têm sua transcrição reprimida. Isto porque a proteína repressora LacI se liga 
ao operador, localizado na frente do promotor, bloqueandoa ligação da RNA 
polimerase aopromotor e impedindo a mobilidade da RNA polimerase. Assim, 
a transcrição ocorre somente em nível basal (muito baixo). Esse mecanismo de 
repressão evita que a bactéria gaste energia para sintetizar proteínas que não 
têm função na ausência da lactose. 
13
Crescimento e regulação do metabolismo microbiano
Por outro lado, os genes do operon lac são transcritos quando E. coli é 
cultivada na presença de lactose (acesse a animação no link – Indução do operon 
da lactose, disponibilizado no PVANet). Nessa condição, o açúcar é transportado 
para o citoplasma da bactéria e algumas moléculas de lactose são convertidas em 
alolactose. A reação em que a lactose é convertida em alolactose é catalisada pela 
enzima β-galactosidase (codificada pelo gene lacZ). A alolactose é uma molécula 
indutora, que, ao se ligar à proteína repressora LacI, altera sua conformação. Essa 
alteração inativa o repressor, impedindo sua ligação ao operador. Dessa maneira, 
a transcrição é desbloqueada.
3.1.3. Repressão catabólica
No crescimento diaúxico de deE.coli numa mistura de glicose e lactose, 
verificou-se que E. coli não consome lactose na presença de glicose. De fato, na 
presença de glicose, a atividade da enzima β-galactosidase, responsável por 
catalisar a reação de hidrólise da lactose, não é detectada (Figura 5). Isto indica 
que não há a indução dos genes do operon lac nessa condição,evidenciando o 
efeito repressor exercido por glicose, chamado repressão catabólica. 
Portanto, não basta apenas a presença de lactose para a completa indução 
do operonlac, é necessário também ausência de um açúcar preferencial, tal como 
a glicose para E. coli. Na ausência de glicose, há um aumento de AMP cíclico na 
célula. A molécula de AMP cíclico se liga a uma proteína ativadora da transcrição 
(PCA),o que é fundamental para que ela se ligue no sítio ativador. Uma vez nesse 
sítio, a proteína auxilia a RNA polimerase a se ligar ao promotor para conduzir 
eficientemente a transcrição (acesse a animação no link – Repressão catabólica e 
Indução do operon da lactose, disponibilizado no PVANet). Esse evento, associado 
à presença de lactose no meio, constitui o cenário ideal para a plena transcrição 
dos genes lacZ, lacY e lacA, que codificam as enzimas de assimilação de lactose 
β-galactosidase, permease e transacetilase, respectivamente, em E. coli.
3.2.Regulação da atividade de enzimas
Ao contrário das enzimas de assimilação da lactose - sintetizadas somente 
quando a lactose está presente no meio,chamadas enzimas induzidas -, 
as enzimas das vias metabólicas centrais, denominadas constitutivas, estão 
sempre presentes na célula, independentemente da fonte de carbono. As 
enzimas constitutivas são reguladas principalmente na sua atividade. Existem 
três mecanismos básicos de regulação da atividade enzimática: o primeiro é 
próprio de enzimas alostéricas sujeitas a interações não apenas com substratos, 
mas também com metabólitos; o segundo mecanismo envolve modificações 
covalentes das enzimas,tais como fosforilação e adenilação, e, por fim, o 
mecanismo de regulação relacionado às propriedades cinéticas das enzimas. 
3.2.1 Regulação de enzimas alostéricas
Para estudar a regulação da atividade de enzimas alostéricas, será descrita 
aregulação da atividade da enzima fosfofrutocinase, que catalisa a terceira 
reação da via glicolítica, na qual frutose-6-P é fosforilada a frutose-1,6-P. Uma 
enzima alostérica é aquela que existe em duas conformações - a conformação 
da enzima alostérica alterna em função da sua ligação com um efetor alostérico. 
(Figura 7). 
14
Microbiologia Geral
Figura 7 : Regulação da atividade da enzima alostérica fosfofrutocinase
Quando a enzima alostérica está ligada ao efetor alostérico negativo, 
a afinidade da enzima pelo substrato diminui e, consequentemente, a sua 
atividade é baixa. Por outro lado, a interação com o efetor alostérico positivo 
aumenta a afinidade da enzima pelo substrato e, consequentemente, a atividade 
enzimática é alta. A enzima fosfofrutocinase interage tanto com efetores 
alostéricos positivos quanto negativos. 
O aumento da concentração de AMP e ADP no citoplasma da célula é 
acompanhado pela diminuição da concentração de ATP. Nessa condição, a 
enzima fosfofrutocinase tem sua atividade aumentada, em função do aumento 
da concentração dos efetores alostéricos positivos AMP e ADP (Figura 7). Assim, 
haverá uma maior síntese de ATP pela célula, pois o ATP é um dos produtos finais 
da via glicolítica. Por outro lado, alta concentração de ATP no citoplasma sinaliza 
que esse metabólito está sendo produzido mais rápido do que consumido. 
Nessa condição, a atividade da enzima fosfofrutocinase diminui, pois o ATP age 
como um efetor alostérico negativo (Figura 8). 
Figura 8 : Regulação da atividade da enzima Isocitrato desidrogenase por fosforilação
Portanto, uma enzima alostérica pode ter sua atividade aumentada ou 
diminuída em resposta à concentração dos seus efetores alostéricos.
3.2.2 Regulação da atividade de enzimas por 
modificações covalentes
 Para descrever a regulação da atividade enzimática, envolvendo modificação 
covalente e propriedades cinéticas de enzimas, buscaremos no ciclo de Krebs e 
15
Crescimento e regulação do metabolismo microbiano
desvio do glioxilato o exemplo que ilustra tanto a modificação covalente, quanto 
propriedades cinéticas. O desvio do glioxilato, também referido como ciclo do 
glioxilato, é crucial para o metabolismo de micro-organismos cultivados em meio 
contendo ácido acético como única fonte de carbono e energia. A enzima-chave 
desse ciclo, isocitratoliase, compete com a enzima isocitrato desidrogenase (do 
ciclo de Krebs) pelo mesmo substrato isocitrato. Na presença de ácido acético, 
a enzima isocitrato desigrogenase temsua atividade parcialmente inibida por 
uma modificação covalente chamada fosforilação (Figura 9). 
Figura 9 : Efeito da temperatura no crescimento microbiano
Dessa forma, uma maior concentração de isocitrato estará disponível para 
a enzima isocitrato liase do desvio do glioxilato, que possui baixa afinidade por 
este substrato, isto é alto Km. 
16
Microbiologia Geral
Fatores ambientais 
que afetam o 
crescimento
Nos tópicos anteriores, discutiu-se a influência do tipo e da disponibilidade 
de nutriente sobre a regulação do metabolismo e, consequentemente, sobre o 
crescimento microbiano. Lembre-se que o crescimento microbiano depende das 
reações metabólicas do catabolismo e anabolismo. Além do fator nutricional, 
outros fatores ambientais também influenciam o crescimento dos micro-
organismos. A seguir, serão destacados os efeitos da temperatura, do pH, da 
disponibilidade de água e de oxigênio sobre o crescimento microbiano. 
4.1 Efeitos da temperatura
Cada micro-organismo apresenta uma temperatura mínima, ótima e máxima 
de crescimento (Figura 10). 
Figura 10 : Classificação dos micro-organismos quanto à temperatura de crescimento
Abaixo da temperatura mínima de crescimento, o transporte de substâncias 
e quaisquer reações químicas são tão lentos que o micro-organismo não cresce. 
Entretanto, na medida em que a temperatura é elevada acima da mínima de 
crescimento, os micro-organismos crescem. Note quea taxa de crescimento 
aumenta linearmente com o aumento da temperatura. Isto ocorre porque 
a velocidade das reações químicas na célula aumenta com a elevação da 
temperatura. Observa-se que existe uma determinada faixa de temperatura, 
chamada ótima de crescimento, na qual a taxa de crescimento é máxima, 
porque as reações enzimáticas ocorrem na maior velocidade possível. Acima 
dessa temperatura, ocorre uma queda brusca na taxa de crescimento até cair a 
zero, pois ocorre desnaturação proteica e lise celular que tornam o crescimento 
4 Capítulo
17
Crescimento e regulação do metabolismo microbiano
microbiano inviável. 
Os micro-organismos podem ser classificados, quanto à temperatura de 
crescimento, em pelo menos quatro grupos principais: psicrófilos, mesófilos, 
termófilos e hipertermófilos (Figura 11). 
Figura 11 : Velocidade específica de crescimento de micro-organismos (µ) em função do pH
A temperatura ótima de crescimento dos psicrófilos é de aproximadamente 
15oC, embora esses micro-organismos possam crescer em temperaturas de 0oC 
ou inferiores (Figura 11). Eles são encontrados em ambientes frios, tais como 
águas dos oceanos, gelo marinho, superfícies de campos com neve e geleiras. 
Os mesófilos são micro-organismos cuja temperatura ótima de crescimento 
varia entre 25° e 40oC. São frequentemente encontrados em ambientes terrestres 
e aquáticos de latitudes temperadas e tropicais, e em animais de sangue quente. 
Boa parte dos termófilos tem uma temperatura ótima de crescimento entre 
50° e 60oC. Tais micro-organismos são encontrados em ambientes quentes, 
como fontes termais, superfície de solos expostos à intensa irradiação solar 
e materiais em fermentação (por exemplo, pilhas de esterco e silagem). Os 
hipertermófilos crescem bem em temperaturas ainda mais elevadas que os 
termófilos, apresentando uma faixa ótima de crescimento em 80oC ou superior. 
Esses micro-organismos são frequentemente encontrados em fontes termais 
ferventes. 
4.2 Efeito do pH
Outro fator ambiental importante que afeta o crescimento microbiano 
é a concentração de prótons H+, isto é, o pH. Esse fator afeta a velocidade de 
crescimento dos micro-organismos na medida em que afeta a ionização do sítio 
ativo das proteínas e enzimas. O gráfico que mostra a velocidade específica de 
crescimento dos micro-organimos em relação ao pH apresenta o perfil típico da 
velocidade de uma reação enzimática em função do pH (Figura 12). 
18
Microbiologia Geral
Figura 12 : Classificação dos micro-organismos quanto à faixa de pH de crescimento
Para não comprometer as macromoléculas celulares, o pH intracelular deve 
ser mantido próximo à neutralidade. 
A maioria dos micro-organismos cresce bem em valores de pH próximos a 
7. Contudo, alguns são adaptados para crescer em baixos ou altos valores de 
pH. Portanto, o pH ótimo de crescimento varia de micro-organismo para micro-
organismo. Considerando o pH ótimo de crescimento, os micro-organismos 
podem ser classificados comoacidófilos, neutrófilos e alcalífilicos (Figura 13).
Figura 13 : Classificação dos micro-organismos quanto à concentração de NaCl requerida 
para o crescimento
 Os acidófilos crescem melhor em pH ácido, normalmente abaixo de 6. Já 
os neutrófilos crescem bem em valores de pH próximos a 7. Aqueles micro-
organismos que exibem pH ótimo de crescimento ≥ 9 são chamados de 
alcalifílicos . 
4.3. Efeito da disponibilidade de água 
A disponibilidade de água também afeta consideravelmente o crescimento 
dos micro-organismos e não está relacionada apenas à umidade do meio, 
19
Crescimento e regulação do metabolismo microbiano
mas também ao tipo e à concentração de solutos dissolvidos na água. Em 
termos físicos, essa disponibilidade é expressa como atividade de água, que é 
definida como a razão entre a pressão de vapor do ar em equilíbrio com uma 
substância ou solução em relação à pressão de vapor da água pura. Os valores de 
atividade de água variam de 0 a 1. É importante ter em mente que quanto maior 
for a concentração de solutos no meio, menor será a atividade de água, pois 
quando ela está ligada a solutos não se encontra disponível para o crescimento 
microbiano. 
O efeito da disponibilidade de água sobre o crescimento microbiano é 
facilmente observado em ambientes com presença de sal (cloreto de sódio). 
Os micro-organismos podem ser classificados de acordo com as faixas de 
concentração de sal nas quais conseguem crescer (Figura 14). 
Figura 14 : Mecanismos de destoxificação: enzimas que eliminam a formas reativas de 
oxigênio
Os halófilos são micro-organismos geralmente encontrados em águas 
marinhas, que dependem da presença de concentração relativamente elevada 
de cloreto de sódio para crescer. A concentração requerida varia conforme o 
micro-organismo. Diferentemente dos halófilos, os halófilos extremos crescem 
somente em concentrações muito altas de cloreto de sódio, entre 15% e 30%. 
Os micro-organismos halotolerantes, porém, desenvolvem-se melhor na 
ausência ou em concentrações baixas (até 3%), embora também o façam em 
concentrações maiores de cloreto de sódio. Já os não halófilos têm o seu 
crescimento inibido na presença de concentrações mais elevadas, pois sofrem 
plasmólise, isto é, perdem água para o meio com alta concentração de solutos 
por osmose. 
Ao contrário dos não halófilos, os micro-organismos halotolerantes, halófilos 
e halófilos extremos crescem em meios com baixa atividade de água (aw< 0,90). 
Isto ocorre porque, quando em meios hipertônicos (nos quais a concentração de 
solutos é maior que no citoplasma), esses micro-organismos são eficientes para 
sintetizar ou acumular solutos compatíveis no citoplasma, com a finalidade de 
evitar a perda de água para o meio externo e manter a célula em um equilíbrio 
aquoso positivo. Solutos compatíveis são substâncias que elevam a concentração 
de solutos intracelular, mas não afetam o metabolismo da célula e podem ser 
íons K+, aminoácidos como prolina, e metabólitos como glicerol, dentre outros, 
dependendo da espécie microbiana.
Fungos filamentosos e leveduras suportam concentrações osmóticas 
mais elevadas que a maioria das bactérias, isto é, podem crescer em meios 
relativamente hipertônicos, especialmente em concentrações mais elevadas 
de açúcar. Por isso, alimentos mais secos (frutas secas, grãos), salgados (carnes, 
peixes) ou com elevada concentração de açúcar (doces em geral) são mais 
frequentemente deteriorados por fungos e leveduras, e não por bactérias. 
20
Microbiologia Geral
4.4.Efeito da disponibilidade de oxigênioDurante o metabolismo celular, formas reativas de oxigênio são formadas 
durante a redução do oxigênio a água. Essas formas causam danos às células 
microbianas. Portanto, o crescimento microbiano na presença de oxigênio está 
ligado à capacidade que os micro-organismos apresentam para tolerar essas 
formas tóxicas. As principais formas reativas de oxigênio formadas são: o ânion 
superóxido, o peróxido de hidrogênio e a radical hidroxila. 
Apesar do efeito tóxico causado pelas formas reativas de oxigênio, alguns 
micro-organismos toleram essas formas. Isto ocorre porque os micro-organismos 
que crescem na presença de oxigênio possuem enzimas capazes de eliminar as 
formas tóxicas de oxigênio (Figura 15), enquanto aqueles que não toleram o 
oxigênio não possuem essas enzimas ou estas são deficientes. 
Figura 15 : Classificação dos micro-ornismos quanto à disponibilidade de oxigênio 
requerida para crescimento
Uma vez que o superóxido e o peróxido de hidrogênio são as espécies 
reativas de oxigênio mais comuns, enzimas que eliminam estes compostos são 
amplamente disseminadas. O superóxido é destruído em uma reação catalisada 
pela enzima superóxido dismutase (SOD). Nessa reação há liberação de peróxido 
de hidrogênio e oxigênio. O peróxido de hidrogênio pode ser eliminado por 
duas enzimas: a catalase ou a peroxidase. 
Dada a influência da disponibilidade de oxigênio sobre o crescimento dos 
micro-organismos, eles podem ser classificados em função da concentração de 
oxigênio requerida para o seu crescimento (Figura 16). Os aeróbios estritos 
são capazes de crescer em alta concentração de oxigênio, correspondente 
a aproximadamente 20%, como a tensão disponível na atmosfera. Já os 
microaerófilosse desenvolvem somente quando a tensãode oxigênio é inferior 
à do ar, ou seja, em baixa concentração, que é referida como condição micro-
óxica. Os anaeróbios estritos, por sua vez,não conseguem crescer na presença 
de oxigênio, mesmo quando a condição é micro-óxica. Mas os anaeróbios 
facultativos se desenvolvem tanto na presença, quanto na ausência de oxigênio, 
embora tenham preferência por crescer em aerobiose realizando a respiração 
aeróbica. Os anaeróbios aerotolerantes também crescem na presença e 
na ausência de oxigênio. No entanto, eles não utilizam o oxigênio, ainda que 
tolerem sua presença. 
Esses grupos de micro-organismos variam na capacidade de detoxificação 
das formas reativas de oxigênio, apresentando ou não sistemas eficientes 
de detoxificação. Assim, micro-organismos aeróbios estritos, anaeróbios 
facultativos e aerotolerantes têm sistemas de detoxificação eficientes. No 
21
Crescimento e regulação do metabolismo microbiano
entanto, os anaeróbios estritos (obrigatórios) e microaerófilos não possuem ou 
são deficientes nas enzimas responsáveis pela detoxificação.