02- Fisiologia Microbiana

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Fisiologia Microbiana
1- Fisiologia Microbiana
a) Processos vitais para o microorganismo, como o metabolismo e o crescimento.
2- Metabolismo
a) Reações químicas catabólicas (degradação) ou anabólicas (síntese) para a geração de energia.
b) O estudo do metabolismo de um micro-organismo é importante em análises para conhecer qual é a bactéria em questão.
3- Classificação dos micro-organismos
3.1- Fonte de Energia
- Fototróficos
- Quimiotróficos
OBS.: Existem bactérias dos dois tipos.
3.1.1- Fototróficos
a) Usam luz como sua fonte de energia primária, realizando fotossíntese.
2.1.2- Quimiotróficos
a) Usam compostos químicos como fonte de energia.
3.2- Fonte de Carbono
- Autotróficos
- Heterotróficos
OBS.: Existem bactérias dos dois tipos.
3.2.1- Autotróficos
a) Utilizam CO2 ou CO (compostos inorgânicos) como fonte de carbono.
3.2.2- Heterotróficos
b) Utilizam compostos orgânicos diferentes de CO2 como fonte de carbono, como alcoois, ácidos orgânicos, carboidratos...
3.3- Foto-autotróficas: Realizam fotossíntese e utilizam CO2 ou CO como fonte de carbono. Exemplos: Algas, plantas verdes, cianobactérias.
3.4- Foto-heterotróficas: Realizam fotossíntese e utilizam compostos orgânicos diferentes de CO2 como fontes de carbono.
Exemplos: Bactérias verdes e púrpuras não sulfurosas e halobactérias.
3.5- Quimio-autotróficas: Usam compostos químicos como fonte de energia e CO2 ou CO como fonte de carbono.
Exemplos: Bactérias que usam compostos inorgânicos para energia, como enxofre (Thiobacilus), íons nitrito (Nitrobacter), amônia (Nitrosomonas).
3.6- Quimio-heterotróficas: Usam compostos químicos como fonte de energia e compostos orgânicos diferentes de CO2 como fonte de carbono.
Exemplos: Quase todos os micro-organismos de importância médica.
3.7- Classificação quanto ao uso de oxigênio
a) Elemento necessário para vida de alguns micro-organismos, sendo tóxico para outros.
3.7.1- Aeróbicos
a) Requerem O2 para sua vida e reprodução.
3.7.1.1- Aeróbicos obrigatórios ou Aeróbicos estritos
a) Necessitam de O2 para sua sobrevivência.
b) Aerobiose (concetração de 21% de O2, ar atmosférico).
c) Toleram bem o oxigênio pela presença de enzimas que reduzem o O2 a compostos toleráveis pela célula.
3.7.1.2- Micro-aerófilos ou Microaerofílicos
a) Grupo pequeno de bactérias que necessitam de O2, mas em baixas concentrações. Aeróbicos que crescem em O2, mas crescem melhor em baixas concentrações de O2.
b) Concentração média de 5% de O2.
c) São sensíveis a compostos produzidos quando em condições de quantidade alta de O2.
3.7.2- Anaeróbicos
a) Não requerem O2 para sua vida e reprodução.
b) Pode haver tolerância ao O2.
3.7.2.1- Anaeróbicos obrigatórios ou Anaeróbicos estritos
a) O2 é danoso, inibe seu crescimento.
b) Não sintetizam enzimas protetoras aos radicais livres do O2 que as aeróbicas tem, acumulando-os e morrendo.
3.7.2.2- Anaeróbicos facultativos
a) Realizam fermentação ou respiração aeróbica. É aeróbico, mas pode realizar fermentação, alternando de acordo com a necessidade.
b) Possuem enzimas protetores aos efeitos do O2.
c) Cresce melhor em aerobiose (presença e utilização de O2).
3.7.2.3- Anaeróbicos aerotolerantes
a) Realizam respiração anaeróbica (fermentação). 
b) Não possuem enzimas protetoras aos efeitos do O2, portanto podem conviver com ele (por um certo tempo), mas não podem utilizá-lo.
3.7.3- Capnofílicos
a) Crescem melhor em concentrações de CO2 maiores do que a presente no ar atmosférico.
b) Não são comuns.
4- Produção de energia
a) Micro-organismos extraem energia de compostos orgânicos e a armazenam na forma química. Fazem isso passando elétrons de um composto para outro por meio de uma série de reações de oxidação e redução.
b) Os micro-organismos podem obter energia a partir dos açúcares. Oxidam carboidratos como sua fonte de energia celular.
c) A glicose é a fonte mais comum de energia do carboidrato.
4.1- Processos gerais da produção de energia
4.1.1- Respiração celular (mecanismo aeróbico)
a) Produção de energia na forma de ATP (adenosina tri-fosfato) através de uma molécula de glicose (carboidrato)
b) Transferência de energia da molécula de glicose para as moléculas de ATP.
c) Ganho de ATP maior que na fermentação.
d) Processo iniciado com a glicólise.
4.1.1.1- Glicólise
a) Quebra da molécula de glicose.
b) Ocorre do citosol do citplasma da célula e seu produto é levado para a mitocrôndria, onde ocorre as outras etapas.
c) Não utiliza oxigênio
d) Quando a glicose entra na célula será quebrada para que se inicie o processo de produção de ATP.
e) Energia é gasta (na forma de ATP, 2 moléculas de ATP) para a quebra da glicose em duas partes. A molécula de glicose que possui 6 carbonos é quebrada em 2 moléculas de Piruvato com 3 carbonos. Como essa quebra produz muita energia, parte da energia vai para a formação de 4 moléculas de ATP, outra parte da energia (elétrons) é capturada pela NAD+, que carrega elétrons, se transformando em 2 NADH. Esse NADH vai para a mitocôndria, onde sua energia é aproveitada para produzir mais moléculas de ATP na cadeia respiratória.
f) O saldo da glicólise é de 2 ATP e 2 NADH, porque 4 ATPs foram produzidos, mas nessa produção 2 haviam sido gastos.
4.1.1.2- Ciclo de Krebs
a) Ocorre na mitocôndria.
b) Utiliza oxigenio na quebra dos carbonos.
c) Os dois piruvatos formados no processo da glicólise vão para a mitocrôndia. Essas moléculas se transformam em acetil, pois ao entrar na mitocôndria, perdem 1 carbono na forma de CO2. Essa descarboxilação (perda de carbono) libera energia, que novamente é resgatada por uma molécula de NAD+, que se transforma em NADH quando resgata essa energia.
d) Esse acetil formado se junto à molécula de coenzima A (enzima A associada a uma vitamina), que aumenta a velocidade das reações químicas que acontecem em uma parte do ciclo de Krebs. O nome da molécula formada nessa junção é Acetilcoenzima A.
e) Como foram duas moléculas de piruvato que entraram na mitocôndia, foram formadas 2 NADH, porque houveram duas descarboxilações, uma em cada piruvato e também 2 Acetilcoenzima A, porque cada um dos piruvatos se juntou a uma molécula diferente de coenzima A.
f) O ciclo de Krebs ocorre, mais especificamente na matriz mitocondrial, um espaço interno da mitocôndria.
g) A Acetilcoenzima A (2 carbonos) se une ao Ácido Oxalacético (4 carbonos), liberando a coenzima A (que só estava presente para agilizar essa união), formando Ácido Cítrico (6 carbonos)
h) O ciclo de Krebs começa verdadeiramente depois da formação do Ácido Cítrico, podendo também ser chamado de Ciclo do Ácido Cítrico.
i) O Ácido Cítrico é quebrado aos poucos, pois se fosse quebrado de uma só vez, muita energia seria liberada e nem toda ela seria aproveitada. Na primeira quebra, ele perde 1 carbono (na forma de CO2) se tornando o Ácido Cetoglutárico (5 carbonos). Como toda descarboxilação libera energia, essa energia é resgatada pelo NAD+ que se torna NADH depois de resgatar essa energia.
j) O processo ocorre novamente e o Ácido Cetoglutáricos (5 carbonos) perde 1 carbono (na forma de CO2), se tornando o Ácido Succínico (4 carbonos). A energia da descarboxilação é utilizada para formar 1 ATP e o que sobra é resgatada pelo NAD+ que se torna NADH.
k) O Ácido Succínico deve se tornar Ácido Oxalacético para que o ciclo continue. Para isso ele perde uma molécula e H2O se tornando Ácido Málico. Esse processo de desidrogenação libera energia que é resgatada pelo FAD, que se torna FADH2 quando resgata a energia.
l) Ocorre outra desidrogenação, sua energia é resgatada pelo NAD+ e o Ácido Málico se transforma em Ácido Oxalacético para que o ciclo continue.
m) Quando o Piruvato entra na mitocôndria, são formados 2 NADH. No ciclo de Krebs são formados 3 NADH + 1 ATP + 1 FADH2 por Acetilcoenzima A. A partir do processo de glicólise, são duas moléculas, então esse númerodobra para 5 NADH + 2 ATP + 2 FADH2.
n) O saldo total então é de 10 NADH + 4 ATP + 2 FADH2.
4.1.1.3- Cadeia Respiratória
a) Ocorre na mitocôndia, dentro das cristas mitocondriais, com o uso de proteínas da membrana mitocondrial (em procariotos, que não têm mitocôndrias, ocorre em invaginações da membrana plasmática).
b) Utiliza oxigênio.
c) Consiste no uso dos NADH e FADH2 produzidos para a produção de ATP.
d) Os elétrons resgatados pelo NADH e FADH2 e seus hidrogênios são liberados por uma proteína da membrana. Os elétrons são atraídos pelo oxigênio presente na cadeia, passando assim por outras proteínas e liberando o hidrogênio. Para que o hidrogênio entre novamente ele precisa passar pela proteína ATPsintase, gerando energia na sua passagem e formando ATP.
e) Cada NADH pode produzir 3 moléculas de ATP e cada FADH2 pode produzir 2 moléculas de ATP.
f) O saldo total então é de 38 ATP, podendo variar para 36 ATP, pois dependendo da célula a entrada do piruvato na mitocôndria pode gastar ATP.
4.1.2- Fermentação (mecanismo anaeróbico)
a) Ganho menor de ATP do que na respiração aeróbica, porém organismos que fazem a fermentação tem sua sobrevivência garantida em caso de falta de oxigênio.
4.1.2.1- Fermentação Alcóolica
a) 1 molécula de glicose dá origem a: 2 etanol + 2 CO2 + 2 ATP
4.1.2.2- Fermentação Lática
a) 1 molécula de glicose dá origem a: 2 ácido láctico + 2 ATP
4.1.2.3- Fermentação Acética
a) 1 molécula de glicose dá origem a: 1 acetato + 2 ATP
5- Crescimento Microbiano
a) Organismos estão crescendo em seu meio de cultura quando aumentam o seu número, se acumulando em colônias.
- Colônias ~> Células bacterianas que tem como origem uma única célula bacteriana, agrupadas, que podem ser visualizadas sem a utilização de um microscópio.
b) Em uma única placa há não necessariamente um tipo de colônia, podem haver diferentes espécies bacterianas.
5.1- Fatores necessários para o crescimento microbiano
5.1.1- Fatores físicos
- Temperatura
- pH
- Pressão osmótica
5.1.1.1- Temperatura
a) É importante que a temperatura esteja favorável ao que necessita o micro-organismo. Temperaturas muito diferentes do que é ideal podem afetar o crescimento e o metabolismo, podendo causar a morte das bactérias presentes no meio.
5.1.1.1.1- Psicrófilos
a) Crescem em baixas temperaturas.
b) Sua temperatura ótima é por volta dor 15ºC, podendo crescer a 0ºC, mas não sobrevivem em temperaturas de 25ºC.
c) Podem ser encontrados nas profundezas do oceano, regiões polares e degradam alimentos em geladeira.
5.1.1.1.2- Mesófilos
a) Crescem em temperaturas medianas. 
b) Sua temperatura ótima gira em torno de 20ºC a 45ºC.
c) Podem ser encontrados no corpo de animais de sangue quente, ambientes terrestres e aquáticos tropicais.
d) Existem na microbiota normal e também podem ser patogênicos (a maioria dos patogênicos se encontram nessa classificação).
5.1.1.1.3- Termófilos
a) Crescem em altas temperaturas.
b) Temperatura ótima em torno de 50ºC a 60ºC.
c) Podem ser encontrados em solos aquecidos como no Parque de Yellowstone, EUA.
5.1.1.1.4- Hipertermófilos
a) Crescimento ótimo em temperaturas muito elevadas, em torno de 80ºC.
b) Vivem em fontes termais, gêiseres e fendas termais no fundo do mar.
c) Abrangem as bactérias archeanas.
5.1.1.2- pH
5.1.1.2.1- Neutrófilos
a) Faixa de pH neutro, de 6 a 8.
5.1.1.2.2- Acidófilos
a) Crescem em pH baixo, meio ácido, 4.
5.1.1.2.3- Alcalifílicos
b) pH elevado, alcalino, 10.
5.1.1.3- Pressão Osmótica
5.1.1.3.1- Halófilos
a) Requerem sal para o crescimento.
b) Crescimento ótimo na água do mar, compreendendo os micro-organismos marinhos.
5.1.1.3.2- Halotolerantes
a) Não requerem sal para o crescimento.
b) Suportam certo grau de sal, mas tem seu crescimento ótimo na sua ausência.
5.1.1.3.3- Halófilos Extremos
a) Requerem altas concentrações de sais, em torno de 15-30%.
5.1.2- Fatores Químicos
5.1.2.1- Carbono
a) Um dos elementos mais importantes para o crescimento por ser essencial para a síntese de todos os compostos orgânicos e da viabilidade celular.
5.1.2.2- Nitrogênio
a) Essencial para a fabricação de aminoácidos. Sem aminoácidos não há proteínas e sem proteínas não há manutenção celular.
5.1.2.3- Enxofre
a) Utilizado na síntese de vitaminas (tiamina e biotina) e de aminoácidos que contém enxofre.
5.1.2.4- Fósforo
a) Utilizado na síntese de ácido nucleico (material genético) e de fosfolipídeos da membrana celular.
5.1.2.5- Potássio
a) Utilizado na Síntese de proteínas.
5.1.2.6- Magnésio
a) Utilizado na estabilização de ribossomos, membranas celulares, ácidos nucleicos e necessário à atividade de enzimas.
5.1.2.7- Cálcio
a) Não é essencial, mas é utilizado na estabilização da parede celular e termo-estabilidade dos endosporos.
5.1.2.8- Oligoelementos
a) Elementos minerais: ferro (imporante para a respiração), cobre, molibdênio e zinco.
b) Essenciais para a atividade de algumas enzimas.
b) Podem ser incluídos nos meios de cultura, enriquecendo-o e melhorando o crescimento microbiano in vitro.
5.1.3- Fatores Orgânicos
a) Compostos orgânicos essenciais que o organismo não é capaz de sintetizar que são encontrados na natureza ou adicionados no meio de cultura.
b) Vitaminas, aminoácidos, purinas e pirimidinas.