Fisiologia e Crescimento Bacteriano

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE JUIZ DE FORA
DEPARTAMENTO DE PARASITOLOGIA, MICROBIOLOGIA E 
IMUNOLOGIA
Disciplina: Biologia de Microrganismos
Professora: Alessandra Machado
Fisiologia e Crescimento Bacteriano
Composição química de uma célula procariótica
 As células procarióticas são compostas por água, macromoléculas, outros
compostos orgânicos e íons.
 Dentro de uma célula bacteriana ocorrem reações químicas catalisadas
por enzimas.
Metabolismo - conjunto de todas as reações químicas
Anabolismo – conjunto de processos biossintéticos que requerem
energia e que forma os componentes celulares a partir de moléculas
menores: os nutrientes.
Catabolismo - conjunto de processos de degradação de moléculas
e nutrientes que liberam energia. As reações catabólicas fornecem
energia para as reações anabólicas ou biossintéticas,
Acoplamento das reações anabólicas e catabólicas é
obtido através do ATP
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 utilizados
como blocos para a construção da célula.
NUTRIENTES
Macronutrientes
Micronutrientes
Fatores de crescimento
Macronutrientes – necessários em grandes quantidades
Macronutrientes Funções
Carbono (Compostos orgânicos, CO2)
Constituintes de carboidratos, lipídeos, proteínas e
ácidos nucleicos.
Oxigênio (O2, H2O, comp. orgânicos)
Nitrogênio (NH4, NO3, N2, comp. org.)
Hidrogênio (H2, H2O, comp. Orgânicos)
Fósforo (PO4)
Enxofre (SO4, HS, S, comp. enxofre)
Potássio (K+) Atividade enzimática, cofator para várias enzimas
Cálcio (Ca2+) Cofator de enzimas, componente do endósporo
Magnésio (Mg2+) Cofator de enzimas, estabiliza ribossomos e
membranas
Ferro (Fe2+/Fe3+) Constituição de citocromos e proteínas ferro enxofre
(transportadores de elétrons), cofator de enzimas.
Micronutrientes – requeridos em pequenas quantidades 
Fatores de crescimento
 Compostos orgânicos requeridos em pequenas quantidades e somente por algumas
bactérias que não podem sintetizá-los.
 Muitos microrganismos são capazes de sintetizá-los.
 Estes compostos entram na composição das células ou de precursores dos
constituintes celulares.
 Três grupos principais
 Ácidos graxos insaturados, colesterol, poliaminas e colinas.
Aminoácidos 
Purinas e pirimidinas
Vitaminas
Vitaminas requeridas pelos microrganismos e suas funções
Processo de nutrição em procariotos
Gram positivos X Gram negativos
Gram positivas
Gram negativas
Processo de nutrição em procariotos
1) Gram positivas
 Sintetizam exoenzimas que são liberadas no meio, clivando os
nutrientes, que são captados por proteínas transportadoras.
2) Gram negativas
Apresentam grande número de porinas associadas à membrana externa
que permitem a passagem de moléculas hidrofílicas, de baixa massa
molecular.
No espaço periplasmático 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:
Heterotróficos – microrganismos que utilizam composto
orgânico como fonte de carbono. Ex: carboidratos.
Autotróficos – Microrganismos que utilizam composto
inorgânico como fonte de carbono. Ex: CO2
Fototróficos – microrganismos que utilizam a luz como fonte de
energia.
Quimiotróficos – microrganismos que utilizam compostos
químicos (orgânicos ou inorgânicos) como fonte de energia.
Formas de obtenção de energia
Respiração
aeróbia
Respiração 
anaeróbia
Fermentação
Conceitos básicos
• Glicólise: oxidação da glicose a ácido pirúvico com produção de
ATP e energia contida em NADH.
• Ciclo de Krebs: oxidação de um derivado do ácido pirúvico
(acetil coenzima A) a dióxido de carbono, com produção de ATP,
energia contida em NADH e FADH2.
• Cadeia de transporte de elétrons: NADH e FADH2 são
oxidados. Cascata de reações de oxirredução envolvendo uma
série de transportadores de elétrons. A energia dessas reações é
utilizada para gerar grande quantidade de ATP.
Glicólise
Glicólise
Oxalacetato
IsocitratoMalato 
-cetoglutarato
NAD+
NADH + H+ + CO2
Succinil CoA
CoA
NAD+
NADH + H+ + CO2
CoA
Succinato
ADP + PiATP + CoA
Fumarato
FAD+
FADH2
NAD+
NADH + H+ 
Piruvato
Acetil CoA
CoA
NAD+ + CoA
NADH + H+ + CO2
Citrato
CoA
Ciclo de 
krebs
Cadeia de transporte de elétrons
Energia
H+
H+
H+
Exterior
 Os elétrons transportados pela cadeia são
fornecidos por NADH e FADH2 que foram
reduzidas durante a glicólise e ciclo de Krebs.
 As reações de oxirreduções envolvendo uma série
de transportadores de elétrons geram energia -
síntese de ATP.
Respiração
a) Respiração aeróbia
- Compostos orgânicos são
completamente degradados.
- O2 é o aceptor final dos
elétrons.
b) Respiração anaeróbia: processo no qual os compostos orgânicos são
completamente degradados, e uma molécula diferente do O2 é o
aceptor final dos elétrons (carbonato, sulfato, nitrato, fumarato).
 A quantidade de ATP gerada na respiração anaeróbia varia de
acordo com o microrganismo e a via.
 Tem rendimento energético menor do que a respiração aeróbia.
• Não requer o uso do ciclo de Krebs ou
cadeia de transporte de elétrons.
• Utiliza uma molécula orgânica como
aceptor final de elétrons.
• Não requer oxigênio, mas algumas vezes
pode ocorrer na presença deste.
• Produz somente pequenas quantidades de
ATP (grande parte da energia original dos
compostos catabolizados permanece ainda
nas ligações químicas dos compostos
orgânicos formados).
Fermentação: processo no qual os
compostos orgânicos são parcialmente
degradados.
Organismo Produtos finais da fermentação
Streptococcus, Lactobacillus, 
Bacillus
Ácido láctico
Saccharomyces Etanol e CO2
Propionibacterium Ác. propiônico, ác. acético, CO2, H2
Clostridium Ác. butírico, butanol, acetona, álcool 
isopropílico e CO2
Escherichia, Salmonella Etanol, ác. láctico, ác. succínico, ác. 
acético, CO2, H2
Enterobacter Etanol, ác. láctico, ác. fórmico, butanodiol, 
acetoína, CO2, H2
Produtos finais de várias fermentações microbianas a partir do piruvato
Os microrganismos em crescimento estão, na
verdade, aumentando o seu número e se
acumulando em colônias
COLÔNIAS => grupos de células => visualização
sem utilização de microscópio.
Crescimento microbiano – refere-se ao aumento do número e
não do tamanho das células.
Crescimento microbiano
Condições necessárias para o crescimento 
microbiano
Físico-químicos 
(ambientais)
• Temperatura
• pH
• Pressão osmótica
• O2
Químicos
• Água
• Macronutrientes
• Micronutrientes
• Fatores de crescimento
Fatores ambientais que interferem no crescimento microbiano
 Temperatura
 pH
 Oxigênio
 Pressão osmótica
Efeito da temperatura no crescimento microbiano
Classificação dos microrganismos quanto à temperatura de 
crescimento
Efeito do pH no crescimento microbiano
A maioria das bactérias cresce
melhor dentro de variações
pequenas de pH, sempre perto
da neutralidade, entre pH 6,5 e
7,5.
Oxigênio
• Componente universal das células.
Formas reativas (tóxicas) de oxigênio
Mecanismo de detoxificação
Classificação quanto à exigência de oxigênio
a) Aeróbios obrigatórios – exigem a
presença de oxigênio.
b) Anaeróbios obrigatórios – não
toleram a presença de oxigênio.
c) Anaeróbios facultativos – crescemna presença ou ausência de oxigênio.
d) Microaerófilos – exigem a presença
de oxigênio em pequena quantidade,
não toleram as pressões normais de
oxigênio atmosférico.
Pressão Osmótica
• Halotolerantes: toleram altas concentrações de sais-10% NaCl
• Halofílicos: requerem altos níveis de NaCl (Vibrio cholerae).
• Halotolerantes: toleram altas concentrações de sais-10% NaCl
• Halofílicos: requerem altos níveis de NaCl (Vibrio cholerae).
Pressão Osmótica
Ciclo celular bacteriano
 As bactérias se multiplicam por fissão binária, um processo que
ocorre devido à formação de septos, que se dirigem da superfície
para o interior da célula, dividindo a bactéria em duas células filhas.
 A fissão é precedida pela duplicação do DNA, que se processa de
modo semi-conservativo, e cada célula filha recebe uma cópia do
cromossomo da célula-mãe.
 O período da divisão celular depende do tempo de geração de cada
bactéria.
Tempo de geração: tempo necessário para uma célula se dividir em duas
->Invaginação da membrana citoplasmática, 
parede celular e em gram negativa da mb 
externa também.
-> DNA completo, todas as 
macromoléculas, monômeros e 
íons inorgânicos
Quando uma bactéria é semeada em um meio apropriado, nas condições apropriadas, o
seu crescimento segue uma curva definida e característica:
A – Fase Lag: pouca divisão celular, os
microrganismos estão se adaptando ao
meio em que estão crescendo. As
células aumentam de tamanho, mas não
em número.
B – Fase exponencial (log):
crescimento exponencial, divisões
celulares sucessivas, grande atividade
metabólica.
C – Fase estacionária: decréscimo na
taxa de divisão celular, onde a
velocidade de crescimento = velocidade
de morte.
D – Fase de declínio ou morte:
condições impróprias para o
crescimento, meio deficiente em
nutrientes e rico em toxinas, onde as
células mortas excedem o número de
células vivas.
Curva de crescimento bacteriano