Resumo capítulo 5 e ¨- Microbiologia Tortora

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Resumo I
Microbiologia
Vitória Luíza Damasceno
CAPÍTULO 5 – Metabolismo microbiano 
· Reações catabólicas e anabólicas. 
O termo metabolismo é usado para referir-se à soma de todas as reações químicas dentro de um organismo vivo. Como as reaçõesquímicas tanto liberam, como requerem energia, o metabolismo pode ser visto como um ato de balanceamento de energia. Consequentemente, o metabolismo pode ser dividido em duas classes de reações químicas: as que liberam energia e as que requerem energia. 
Nas células vivas as reações químicas são reguladas por enzimas que liberam energia, geralmente são aquelas envolvidas no catabolismo, a quebra de compostos orgânicos complexos em compostos mais simples, são chamadas de catabólicas ou degradativas. As reações catabólicas são hidrolíticas, que utilizam água e nas quais ligações químicas são quebradas e são exergônicas que produzem mais energia do que consomem. 
As reações reguladas por enzimas que requerem energia estão envolvidas principalmente ao anabolismo, a construção de moléculas orgânicas complexas a partir de moléculas mais simples. Essas reações são chamadas de anabólicas ou biossintéticas. Os processos anabólicos muitas vezes envolvem reações de síntese por desidratação, que são reações que liberam água e são engergônicos, que consomem mais energia do que produzem. A produção de proteínas a partir de aminoácidos é um exemplo de reação de anabolismo. 
As reações catabólicas fornecem os blocos construtivos para as reações anabólicas e a energia necessária para dirigi-las. Esse acoplamento de reações que requerem energia e liberam energia é possível pela molécula de trifosfato de adenosina (ATP). O ATP armazena a energia derivada das reações catabólicas e a libera posteriormente para dirigir as reações anabólicas ou realizar outros trabalhos celulares. Quando o grupo fosfato terminal é retirado do ATP, difosfato de adenosina (ADP) é formado, e a energia é liberada para dirigir as reações anabólicas. 
Assim, as reações anabólicas são acopladas a quebra do ATP e as reações catabólicas são acopladas a síntese do ATP.
· Enzimas 
Teoria de colisão
A teoria de colisão explica como as reações químicas ocorrem e como certos fatores afetam a taxa dessas reações. A base da teoia de colisão é que todos os átomos, íons e moléculas estão em movimento constante e que, portanto, colidem constantemente uns com os outros. A energia transferida pelas partículas de colisão podem romper suas estruturas eletrônicas o suficiente para quebrar as ligções químicas ou formar novas ligações. 
Diversos fatores determinam se uma colisão irá causar uma reação química: a velocidade das patículas colididndo sua energia e suas configurações químicas específicas. Até certo ponto, quanto mais velizes as partículas estiverem, maior é a probabilidade de que sua colisão provoque uma reação. Além disso, cada reação química requer um nível específico de energia. Contudo, mesmo que as partículas em colisão tenham a energia mínima necessária para a reação, nenhuma reação ocorrerá a menos que as martículas estejam corretamente orientadas uma em reação a outra. 
A energia de colisão requerida para uma reação química é sua energia de ativação, que é a quantidade de energia necessária para romper a estabilidade da configuração eletrônica de qualquer molécula específica para que os elétrons possam ser reorganizados. 
A taxa de reação é a frequência das colisões contendo energia suficiente para que a reação aconteça, depende do número de moléculas reagentes que estejam no nível da energia de ativação ou acima dela. Uma maneira de aumentar a taxa de reação de uma substância é elevar sua temperatura. Ao fazer as moléculas se moverem mais rapidamente, o calor aumenta tnanto a frequência das colisões quanto o número de moléculas que atingem o nível da energia de ativação. O número de colisões também aumenta quando a pressão é aumentada ou quando os reagentes estão mais concentrados. Nos sistemas vivos, as enzimas aumentam a taxa de reação sem elevar a temperatura. 
Enzimas e reações químicas. 
As substâcias que podem acelerar uma reação química sem que ela seja alterada são chamadas de catalisadores. Nas células vivas, as enzimas servem de catalisadores biológicos. Como catalisadores, as enzimas são específicas. Cada uma atua em uma substância específica chamada substrato da enzima, e cada uma catalisa apenas uma reação. 
Como catalisadores, as enzimas tipicamente aceleram as reações químicas. A molécula tridimensional da enzima tem um sítio ativo, uma região que interage com uma substância química específica. A enzima orienta o substrato para uma posição que aumente a probabilidade de uma reação. O complexo enzima-substrato formado pela ligação temporária da enzima com os reagentes permite que as colisões sejam mais eficientes e diminui a energia de ativação da reação. A enzima, dessa forma, acelera a reação ao aumentar o número de moléculas que atingem a energia de ativação necessária para que haja uma reação. 
A capacidade da enzima de acelerar uma reação sem a necessidade de elevar a temperatura é crucial para os sistemas vivos, porque um aumento significativo da temperatura poderia destruir as proteínas celulares A função crucial das enzimas, portanto, é acelerar as reações bioquímicas a uma temperatura que seja compatível com a homeostase celular. 
Especificidade e eficiêcia enzimática
 A especificidade das enizmas é possibilitada por suas estruturas. As enzimas geralmente são grandes proteínas globulares que variam em peso molecular de cerca de 10 mil a vários milhões. Cada uma das milhares de enzimas ocnhecidas tem uma forma tridimensional característica com uma configuração de superfície específica resultante de suas estruturas primária, secundária e terciária. A configuração única de cada enzima permite que elas “encontrem” o substrato correto dentre o grane número de diversas moléculas nas celulas. As enzimas são extremamente eficientes, sob condições ótimas, podem catalizar reações rapidamente. 
Nomenclatura as enzimas
Os nomes das enzimas em geral terminam em –ase. Todas as enzimas podem ser agrupadas em seis classes, de acordo com o tipo de reação química que elas cataisam. As enzimas dentro de cada uma das principais classes são denominadas de acordo com os mais específicos tipos de reação que elas auxiliam. Por exemplo, a classe chamada de oxidorredutase está envolvida nas reações de oxido-redução. As enzimas na classe oxidorredutase que remobem hidrogênio a partir de um substrato são chamadas de desidrogenases; aquelas que adicionam oxigênio molecular são chamadas de oxidades. 
Componentes das enzimas
Embora algumas enzimas consistam inteiramente de proteínas, a maioria apresenta uma porção proteica chamada de apoenzima e um componente não proteico chaado de cofator. Íons de ferro, zinco, magnésio ou cálcuo são exemplos de cofatores. Se o cofator é uma molécula inorgânica, é chamado de coenzima, As apoeznimas são inativas sozinhas; elas devem ser ativadas por cofatores. Juntos, a apoenzima e o cofator formam a holoenzima, ou enzima completa ativa. Se o cofator for removido, a apoenzima não funcionará. 
Mecanismo da ação enzimática
As enzimas diminuem a energia de ativação das reações químicas. A sequência geral dos eventos na ação enzimática é:
1. A superfície do substrato entra em contto com uma região específica da superfície da molécula da enzima, chamada de sítio ativo. 
2. Um composto intermediário temporário é formado, chamado de complexo enzima-substrato. 
3. A molécula de substrato é transformada pelo rearranjo dos átomos existentes, pela quebra da molécula de substrato, ou pela combinação com outra molécula de substrato. 
4. As moléculas de substrato transformadas – os produtos da reação – são liberadas da molécula da enzima porque elas não se enxaixam mais no sítio ativo da enzima. 
5. A enzima inalterada está agora livre para reagir com outras moléculas de substrato. 
Com resultados desses eventos, uma enzima acelera uma reação química. 
Fatores que influenciam aatividade enzimática 
As enzimas estão sujeitas a diversos controles celulares. Dois tipos principais são o controle da síntese enzimática e o controle da atividade enzimática. Muitos fatores influenciam a atividade de uma enzima. Entre os mais importantes: temperatura e o pH. 
· Temperatura
A velocidade da maioria das reações quíicas aumenta com o aumento da temperatura. As moléculas movem-se mais lentamente em baixas temperaturas do que em altas temperaturas e então podem não ter energia suficiente para causar uma reação química. Para as ações enzimáticas, contudo, uma elevação acima de certa temperatura reduz drasticamente a velocidade da reação. A temperatura ótima para a maioria das bactérias que produzem doenças no corpo humano é entre 35 e 40°C. A velocidade da reação declina acima da temperatura ótima devido à desnaturação enzimática, a perda de sua estrutura tridimensional característica. A desnaturação de uma enima modifica o arranjo dos aminoácidos no sítio ativo, alterando sua forma e causando a perda da atividade catalítica da enzima. Em alguns casos, a desnaturação é parcial ou totalmente reversível. Contudo, se a desnaturação ocorrer até a enzima perder sua solubilidade e coagular, a enzima não poderá recuperar as suas propriedades originais. 
· pH
A maioria das enzimas tem um pH ótimo no qual sua atividade é caracteristicamente máxima. Acima ou abaixo desse valor de pH, a atividade enzimática, e portanto a velocidade da reação, diminui. Quando a concentração do pH no meio é modificada, a estrutura tridimensional da proteína é alterada. Mudanças extremas no pH podem causa a desnaturação. 
· Concentração do substrato
Há uma velocidade máxima em que certa quantidade de enzima pode catalisar uma reação específica. É somente quando a concentração dos substratos está extremamente alta que essa velocidade máxima pode ser alcançada. Sob condições de alta concentração de substrato, a enzima é dita estar em saturação; ou seja, seu sítio ativo permanece sempre ocupado por moléculas de substrato ou produto. Nessa condição, um aumento adicional na concentração do substrato não afetará a velocidade da reação porque todos os sítios ativos já estão ocupados. Sob condição normal, as enzimas não estão saturadas com substrato. Em um determinado momento, muitas das moléculas de enzima estão inativas por falta de substrato e, portanto, a velocidade da reação poderá ser influenciada pela adição de substrato. 
· Inibidores
Uma forma efetiva de controlar o crescimento de uma bactéria é controlar suas enzimas. Certos venenos, como o cianeto, o arsênio e o mercúrio, podem se combinar com enzimas e impedem seu funcionamento. Como resultado, as células param de funcionar e morrem. 
- Inibidores competitivos: ocupam o sítio ativo de uma enzima e competem com o substrato normal pelo sítio ativo. Um inibidor competitivo pode fazer isso porque sua forma e estrutura química são similares àquelas do substrato normal 
- Inibidores não competitivos: não competem com o substrato pelo sítio ativo da enzima; em vez disso, eles interagem com outra parte da enzima. Nesse processo, chamado de inibição alostérica, o inibidor se liga a outro sítio da enzima que não o sítio de ligação ao substrato, chamado de sítio alostérico. 
Essa ligação causa uma modificação da conformação do sítio ativo, tornando-o não funcional. Como resultado, a atividade enzimática é reduzida, podendo ser reversivo ou irreversível. 
Inibição por retroalimentação
Os inibidores alostéricos tem um papel em um tipo de controle bioquímico chamado de inibição por retroalimentação ou inibição do produto final. Esse mecanismo de controle impede a célula de gastar recursos químicos na produção de mais substância do que o necessário. Em algumas reações metabólicas, várias etapas são requeridas para a síntese de um composto químico específico, chamado de produto final. Esse processo é similar a uma linha de montagem, cada passo caralisado por uma enzima separada.
A inibição por retroalimentação geralmente atua na primeira enzima de uma via metabólica. Como a enzima é inibida, o produto da primeira reação enzimática na via não é sintetizado. Já que esse produto não sintetizado eria normalmente o substrato da segunda reação na via, essa reação também para imediatamente. 
Ribozimas 
Antes de 1982, acreditava-se que somente as moléculas de proteínas tinham atividade enzimática. Pesquisadores trabalhando com micro-organismos descobriram um tipo peculiar de RNA chamado de ribozima. Como as enzimas proteicas, as ribozimas funcionam como catalisadores, têm sítios ativos que se ligam ao substrato e não são consumidas na reação química. As ribozimas atuam especificamente nas fitas de RNA, removendo seções e unindo as peças remanescentes.
· Produção de energia
As moléculas de nutrientes, como todas as moléculas, têm energia associada com os elétrons que formam as ligações entre seus átomos. Quando distribuída por toda a molécula, essa energia é difícil de ser utilizada pela célula. Contudo, várias reações nas vias catabólicas concentram a energia dentro das ligações do ATP, que serve como um transportador conveniente de energia. O ATP geralmente é referido como tendo ligações de alta energia. Um termo mais apropriado provavelmente seja ligações instáveis.
Reações de oxido-redução
A oxidação é a remoção de elétrons (e-) de um átomo ou molécula, uma reação que muitas vezes produz energia. 
Um exemplo na imagem de uma oxidação na qual a molécula A perde um elétron para a molécula B. A molécula A sofreu oxidação significa que perdeu um ou mais elétrons, enquanto a molécula B sofreu redução significa que ganhou um ou mais elétrons. As reações de oxidação e redução estão sempre acopladas; em outras palavras, cada vez que uma substância é oxidada, outra é simultaneamente reduzida. O pareamento dessas reações é chamado de oxidação-redução, ou reação redox.
Como a maioria das oxidações biológicas envolve a perda de átomos de hidrogênio, elas também são chamadas de reações de desidrogenação. Um importante ponto para recordar sobre as reações de oxidação-redução é que as células as utilizam no catabolismo para extrair energia das moléculas de nutrientes. As células capturam nutrientes, alguns dos quais servem como fontes de energia, e os degradam de compostos altamente reduzidos, com muitos átomos de hidrogênio a compostos altamente oxidados.
A geração de ATP
Grande parte da energia liberada durante reações de oxidação-redução é armazenada dentro da célula pela formação de ATP. Especificamente, um grupo fosfato é adicionado ao ADP com uma entrada de energia para formar ATP. 
Fosforilação em nível de substrato 
Na fosforilação em nível de substrato, ATP normalmente é gerado quando um de alta energia é diretamente transferido de um composto fosforilado a HDP. Geralmente, o adquiriu sua energia durante uma reação inicial em que o próprio substrato foi oxidado.
Fosforilação oxidativa 
Na fosforilação oxidativa, os elétrons são transferidos de compostos orgânicos para um grupo de carreadores de elétrons normalmente são NAD+ e FAD. Os elétrons são então transferidos ao longo de uma série de carreadores diferentes a moléculas de oxigênio ou outras moléculas inorgânicas ou orgânicas oxidadas. Esse processo ocorre na membrana plasmática dos procariotos e na membrana mitocondrial interna dos eucariotos. A sequência de carreadores de elétrons utilizada na fosforilação oxidativa é chamada de cadeia de transporte de elétrons. 
Fotofosforilação 
O terceiro mecanismo de fosforilação, a fotofosforilação, ocorre somente nas células fotossintéticas, que contêm pigmentos que absorvem a luz, como a clorofila. Na fotossíntese, moléculas orgânicas, especialmente açúcares, são sintetizadas com a energia da luz a partir de dióxido de carbono e água, que são blocos construtivos de baixa energia. A fotofosforilação inicia esse processo pela conversão da energia luminosa em energia química de ATP e NADPH, que, por sua vez, são utilizados para sintetizar moléculas orgânicas. Como na fosforilação oxidativa,uma cadeia de transporte de elétrons está envolvida.
Vias metabólicas de produção de energia
 Os organismos liberam e armazenam energia a partir de moléculas orgânicas por uma série de reações controladas, em vez de uma única explosão. Se a energia fosse liberada toda de uma vez, como uma grande quantidade de calor, ela não poderia ser utilizada prontamente para impulsionar as reações químicas e, na verdade, danificaria a célula. Para extrair energia dos compostos orgânicos e armazená-la em uma forma química, os organismos passam os elétrons de um composto para outro por meio de uma série de reações de oxidação-redução. Como observado anteriormente, a sequência de reações químicas catalisadas por enzimas ocorrendo em uma célula é chamada de via metabólica.
· Catabolismo de carboidratos
A maioria dos micro-organismos oxida carboidratos como sua fonte primária de energia celular. O catabolismo de carboidratos, a quebra das moléculas de carboidrato para produzir energia, é portanto de grande importância para o metabolismo celular. 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. Tanto a respiração celular quanto a fermentação geralmente iniciam com o mesmo primeiro passo, a glicólise, mas seguem vias posteriores diferentes . 
A respiração da glicose tipicamente ocorre em três passos principais: a glicólise, o ciclo de Krebs e a cadeia de transporte de elétrons. 
1. A glicólise é a oxidação da glicose em ácido pirúvico com a produção de algum ATP e NADH contendo energia. 
2. O ciclo de Krebs é a oxidação da acetil-CoA que é um derivado do ácido pirúvico em dióxido de carbono, com produção de algum ATP, NADH contendo energia e um outro carreador de elétron reduzido, a FADH2. 
3. Na cadeia de transporte de elétrons, NADH e FADH2 são oxidados, entregando os elétrons que transportam dos substratos para uma “cascata” de reações de oxidação-redução envolvendo uma série de carreadores adicionais de elétrons. A energia dessas reações é utilizada para gerar uma quantidade considerável de ATP. Na respiração, a maioria do ATP é gerada por esse terceiro passo.
Devido ao fato de a respiração envolver uma longa série de reações de oxidação-redução, o processo inteiro pode ser considerado como envolvendo um fluxo de elétrons da molécula de glicose de alta energia para as moléculas de carbono e água de relativamente baixa energia.
Glicólise
A glicólise, a oxidação da glicose em ácido pirúvico, normalmente é o primeiro passo no catabolismo de carboidratos. A maioria dos micro-organismos utiliza essa via, sendo, portanto, presente na maior parte das células vivas. A glicólise também é chamada de via de Embden-Meyerhoff. A palavra glicólise significa quebra do açúcar, e isto é exatamente o que acontece. As enzimas da glicólise catalisam a quebra da glicose, um açúcar de seis carbonos, em dois açúcares de três carbonos. Esses açúcares são então oxidados, liberando energia, e seus átomos sofrem um rearranjo para formar duas moléculas de ácido pirúvico.
Como duas moléculas de ATP foram necessárias para iniciar a glicólise e quatro moléculas de ATP são geradas pelo processo, há um ganho líquido de duas moléculas de ATP para cada molécula de glicose que é oxidada.
A via de Entner-Doudoroff 
De cada molécula de glicose, a via de Entner-Doudoroff produz duas moléculas de NADPH e uma molécula de ATP para utilizar nas reações de biossíntese celular. As bactérias que têm as enzimas para a via de Entner-Doudoroff podem metabolizar a glicose sem a glicólise ou a via da pentose-fosfato. A via é encontrada em algumas bactérias gram-negativas, incluindo Rhizobium, Pseudomonas e Agrobacterium e ela geralmente não é encontrada nas bactérias gram-positivas.
· Respiração celular 
Após a glicose ter sido quebrada em ácido pirúvico, esse ácido pode ser guiado ao próximo passo da fermentação ou da respiração celular. A respiração celular, ou simplesmente respiração, é definida como um processo gerador de ATP no qual moléculas são oxidadas e o aceptor final de elétrons é uma molécula inorgânica. Uma característica essencial da respiração é a ação de uma cadeia de transporte de elétrons. Existem dois tipos de respiração, dependendo se um organismo é aeróbico, aquele que utiliza oxigênio, ou anaeróbico, que não utiliza oxigênio e ainda pode ser morto por ele. Na respiração aeróbica, o aceptor final de elétrons é o oxigênio; na respiração anaeróbica, o aceptor final de elétrons é uma molécula inorgânica que não o oxigênio ou, raramente, uma molécula orgânica. 
Respiração aeróbica 
O ciclo de Krebs. O ciclo de Krebs, também chamado de ciclo dos ácidos tricarboxílicos ou ciclo do ácido cítrico, é uma série de reações bioquímicas na qual uma grande quantidade da energia química potencial armazenada na acetil-CoA é liberada por etapas. Nesse ciclo, uma série de oxidações e reduções transfere a energia potencial, na forma de elétrons, para coenzimas carreadoras de elétrons, principalmente NAD+. Os derivados do ácido pirúvico são oxidados; as coenzimas são reduzidas. 
Se observarmos o ciclo de Krebs como um todo, veremos que, para cada duas moléculas de acetil-CoA que entram no ciclo, quatro moléculas de CO2 são liberadas por descarboxilação, seis moléculas de NADH e duas moléculas de FADH2 são produzidas por reações de oxidação-redução, e duas moléculas de ATP são geradas por fosforilação em nível de substrato. Muitos dos intermediários no ciclo de Krebs têm uma função em outras vias, principalmente na biossíntese de aminoácidos.
Cadeia de transporte de elétrons
Uma cadeia de transporte de elétrons consiste em uma sequência de moléculas carreadoras que são capazes de realizar oxidação e redução. Enquanto os elétrons passam ao longo da cadeia, ocorre uma liberação gradual da energia que é utilizada para conduzir a geração quimiosmótica de ATP, que será descrita brevemente. A oxidação final é irreversível. Nas células eucarióticas, a cadeia de transporte de elétrons está contida na membrana interna de mitocôndrias; nas células procarióticas, ela é encontrada na membrana plasmática.
As cadeias de transporte de elétrons de bactérias são um tanto diversas, no sentido que carreadores específicos utilizados por uma bactéria e a ordem em que eles funcionam podem ser diferentes daqueles de outras bactérias e daqueles dos sistemas mitocondriais eucarióticos. Mesmo uma única bactéria pode ter vários tipos de cadeias de transporte de elétrons. Contudo, todas as cadeias de ransporte de elétrons atingem o mesmo objetivo, que é liberar energia quando elétrons são transferidos de um composto de alta energia para um composto de baixa energia. 
Uma característica importante da cadeia de transporte de elétrons é a presença de alguns carreadores, como FMN e Q, que recebem e liberem prótons e elétrons, e outros carreadores, como os citocromos, que transferem somente elétrons. O fluxo de elétrons na cadeia é acompanhado em vários pontos pelo transporte ativo de prótons do lado da matriz da membrana mitocondrial interna para o lado oposto da membrana. O resultado é um acúmulo de prótons de um lado da membrana. Assim como a água de uma represa armazena energia que pode ser utilizada para gerar eletricidade, esse acúmulo de prótons fornece a energia para a geração de ATP pelo mecanismo quimiosmótico. 
O mecanismo quimiosmótico de geração de ATP
 O mecanismo de síntese de ATP utilizando a cadeia de transporte de elétrons é chamado de quimiosmose. Na quimiosmose, a energia liberada quando uma substância se move ao longo de um gradiente é utilizada para sintetizar ATP. A substância nesse caso se refere aos prótons. Na respiração, a quimiosmose é responsável pela maior parte do ATP que é gerada.
Um resumo da respiração aeróbica. 
A cadeia de transporte de elétrons regenera NAD+ e FAD+, que podem ser utilizadas de novo na glicólise e no ciclo de Krebs. As várias transferências de elétrons na cadeia de transportegeram em torno de 34 moléculas de ATP a partir de cada molécula de glicose oxidada: aproximadamente três de cada uma das dez moléculas de NADH, um total de 30 e cerca de duas de cada uma das duas moléculas de FADH2, um total de 4. Para alcançar o número total de moléculas de ATP geradas para cada molécula de glicose, as 34 provenientes da quimiosmose são adicionadas àquelas geradas pela oxidação na glicólise e no ciclo de Krebs. Na respiração aeróbica em procariotos, um total de 38 moléculas de ATP pode ser gerado a partir de uma molécula de glicose. Observe que quatro desses ATPs vêm da fosforilação em nível de substrato na glicólise e no ciclo de Krebs.
Respiração anaeróbica 
Na respiração anaeróbica, o aceptor final de elétrons é uma substância inorgânica diferente do oxigênio. A respiração anaeróbica por bactérias utilizando nitrato e sulfato como aceptores finais é essencial para os ciclos do nitrogênio e do enxofre que ocorrem na natureza. A quantidade de ATP gerada na respiração anaeróbica varia com o micro-organismo e a via. Como somente uma parte do ciclo de Krebs funciona sob condições anaeróbicas, e nem todos os carreadores na cadeia de transporte de elétrons participam na respiração anaeróbica, o rendimento de ATP não é tão elevado quanto na respiração aeróbica. Consequentemente, os anaeróbicos tendem a crescer mais lentamente que os aeróbicos.
· Fermentação 
Após a glicose ter sido quebrada em ácido pirúvico, esse ácido pode ser completamente quebrado na respiração, como descrito previamente, ou pode ser convertido em um produto orgânico na fermentação, quando NAD+ ou NADP+ são regeneradas e podem entrar em uma nova sequência da glicólise. Podendo ser definidas de várias maneiras.
1. Libera energia a partir de açúcares ou outras moléculas orgânicas, como aminoácidos, ácidos orgânicos, purinas e pirimidinas.
2. Não requer oxigênio, mas algumas vezes pode ocorrer presença dele.
3. Não requer a utilização do ciclo de Krebs ou de uma cadeia de transporte de elétrons. 
4. Utiliza uma molécula orgânica como aceptor final de elétrons.
5. Produz somente uma pequena quantidade de ATP, porque grande parte da energia original na glicose permanece nas ligações químicas dos produtos orgânicos finais, como o ácido láctico ou o etanol.
Os micro-organismos podem fermentar vários substratos; os produtos finais dependem do micro-organismo específico, do substrato e das enzimas que estão presentes e ativas. Análises químicas desses produtos finais são úteis para identificar os micro-organismos. Consideraremos a seguir dois dos mais importantes processos: a fermentação do ácido lático e a fermentação alcoólica.
Fermentação do ácido lático 
Durante a glicólise, que é a primeira fase da fermentação do ácido lático, uma molécula de glicose é oxidada em duas moléculas de ácido pirúvico. Essa oxidação gera a energia que é utilizada para formar duas moléculas de ATP. No próximo passo, as duas moléculas de ácido pirúvico são reduzidas por duas moléculas de NADH para formar duas moléculas de ácido lático. Como o ácido lático é o produto final da reação, ele não sofre mais oxidação, e a maior parte da energia produzida pela reação permanece armazenada no ácido. Portanto, essa fermentação produz somente uma pequena quantidade de energia. Dois importantes gêneros de bactérias do ácido lático são os Streptococcus e os Lactobacillus, classificados como homoláticos. 
Fermentação alcoólica 
A fermentação alcoólica começa também com a glicólise de uma molécula de glicose para produzir duas moléculas de ácido pirúvico e duas moléculas de ATP. Na reação seguinte, as duas moléculas de ácido pirúvico são convertidas em duas moléculas de acetaldeído e duas moléculas de CO2. 
As duas moléculas de acetaldeído são então reduzidas por duas moléculas de NADH para formar duas moléculas de etanol. Outra vez, a fermentação alcoólica é um processo de baixo rendimento energético porque a maioria da energia contida na molécula inicial de glicose permanece no etanol, produto final. A fermentação alcoólica é realizada por diversas bactérias e leveduras. O etanol e o dióxido de carbono produzidos pela levedura Saccharomyces são resíduos para as células de leveduras, mas são úteis para os seres humanos, assim sendo classificada como heterolática. 
· Catabolismo dos lipídeos e das proteínas
As proteínas são grandes demais para atravessarem sem ajuda as membranas plasmáticas. Os micro-organismos produzem proteases e peptidases extracelulares, que quebram as proteínas nos seus componentes aminoácidos, os quais podem então atravessar as membranas. Contudo, antes de os aminoácidos poderem ser catabolizados, eles devem ser convertidos enzimaticamente em outras substâncias que possam entrar no ciclo de Krebs.
· Vias metabólicas de uso de energia
A oxidação metabólica completa da glicose em dióxido de carbono e água é considerada um processo muito eficiente, mas em torno de 45% da energia da glicose são perdidos como calor. As células utilizam a energia remanescente, que está armazenada nas ligações de ATP, de várias maneiras. Os micro-organismos utilizam ATP para obter energia para o transporte de substâncias através das membranas plasmáticas – o processo chamado de transporte ativo. 
Grande parte do ATP, contudo, é utilizada na produção de novos componentes celulares. Essa produção é um processo contínuo nas células e, em geral, é mais rápido em células procarióticas que em eucarióticas. Os autotróficos constroem seus compostos orgânicos por fixação do dióxido de carbono no ciclo de Calvin-Benson. Isso requer tanto energia ATP, quanto elétrons da oxidação de NADPH. Os heterotróficos, ao contrário, devem ter uma fonte rápida de compostos orgânicos para biossíntese, a produção de componentes celulares necessários, geralmente a partir de moléculas mais simples.
· Biossíntese de polissacarídeos 
Os micro-organismos sintetizam açúcares e polissacarídeos. Os átomos de carbono requeridos para sintetizar glicose são derivados de intermediários produzidos durante processos como a glicólise e o ciclo de Krebs, assim como de lipídeos e aminoácidos. Após terem sintetizado glicose, as bactérias podem recompô-la em polissacarídeos mais complexos, como o glicogênio. Para as bactérias transformarem glicose em glicogênio, as unidades de glicose devem ser fosforiladas e ligadas. O produto da fosforilação da glicose é a glicose-6-fosfato. Esse processo envolve gasto de energia, geralmente na forma de ATP.
· Biossíntese de lipídeos 
Como os lipídeos variam consideravelmente em composição química, eles são sintetizados por diversas rotas. As células sintetizam gordura pela ligação de glicerol a ácidos graxos. A porção glicerol da gordura é derivada da diidroxiacetona-fosfato, um intermediário formado durante a glicólise. Os ácidos graxos, que são hidrocarbonetos de cadeia longa de hidrogênio ligado a carbono, são construídos quando fragmentos de dois carbonos de acetil-CoA são sucessivamente adicionados uns aos outros. O principal papel dos lipídeos é servir como componentes estruturais das membranas biológicas, e a maioria dos lipídeos de membrana é fosfolipídeo. Um lipídeo de estrutura muito diferente, o colesterol, também é encontrado nas membranas citoplasmáticas das células eucarióticas. As ceras são lipídeos que são componentes importantes da parede celular da bactérias ácido-álcool resistentes.
· Biossíntese de aminoácidos e proteínas 
Os aminoácidos são necessários para a biossíntese de proteínas. Alguns micro-organismos, como E. coli, contêm as enzimas necessárias para usar material inicial, como glicose e sais inorgânicos, para a síntese de todos os aminoácidos de que precisam. Organismos com as enzimas necessárias podem sintetizar todos os aminoácidos direta ou indiretamente a partir de intermediários do metabolismo de carboidratos. Outros micro-organismos requerem que o ambiente forneça alguns aminoácidos pré-formados. A maioria dos aminoácidos dentro das células é destinada a servir como bloco de construção para a síntese proteica. As proteínas possuempapéis importantes na célula como enzimas, componentes estruturais e toxinas, citando apenas algumas utilizações. A ligação de aminoácidos para formar proteínas envolve a síntese por desidratação e requer energia na forma de ATP.
· A integração do metabolismo
As reações anabólicas e catabólicas também compartilham algumas vias metabólicas, como o ciclo de Krebs. Por exemplo, as reações no ciclo de Krebs não somente participam da oxidação da glicose, como também produzem intermediários que podem ser convertidos em aminoácidos. As vias metabólicas que funcionam no anabolismo e no catabolismo são chamadas de vias anfibólicas, significando que têm duas finalidades. As vias anfibólicas ligam as reações que levam à quebra e à síntese de carboidratos, lipídeos, proteínas e ácidos nucleicos. Essas vias permitem que reações simultâneas ocorram, e o produto da quebra formado em uma reação é utilizado em outra reação para sintetizar um composto diferente, e vice-versa.
CAPÍTULO 6 – Crescimento microbiano
· Fatores necessários para o crescimento
Os fatores necessários para o crescimento microbiano podem ser divididos em duas categorias principais: físicos e químicos. Os fatores físicos incluem temperatura, pH e pressão osmótica. Os fatores químicos incluem fontes de carbono, nitrogênio, enxofre, fósforo, oxigênio, elementos traços e fatores orgânicos de crescimento.
Fatores físicos
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. Os micro-organismos são classificados em três grupos principais com base em sua faixa preferida de temperatura: em psicrófilos (crescem em baixas temperaturas), mesófilos (crescem em temperaturas moderadas) e termófilos (crescem em altas temperaturas).
Cada espécie bacteriana cresce a uma temperatura mínima, ótima e máxima específica. A temperatura mínima de crescimento é a menor temperatura na qual a espécie pode crescer. A temperatura ótima de crescimento é a temperatura na qual a espécie cresce melhor. A temperatura máxima de crescimento é a maior temperatura na qual o crescimento é possível.
As faixas e as temperaturas máximas de crescimento que definem as bactérias como psicrófilos, mesófilos ou termófilos não estão determinadas de maneira rígida. Os psicrófilos, foram inicialmente considerados micro-organismos capazes de crescer a 0°C. Contudo, existem dois grupos diferentes capazes, de crescer nessa temperatura. Um grupo, composto somente por psicrófilos, pode crescer a 0°C, mas tem uma temperatura ótima de crescimento de cerca de 15°C. A maioria desses micro-organismos é tão sensível a temperaturas mais altas que não poderá crescer mesmo em uma temperatura ambiente razoável. Encontrados essencialmente nas profundezas dos oceanos ou em certas regiões polares, esses micro-organismos não causam problemas na preservação de alimentos. O outro grupo que pode crescer a 0°C tem temperaturas ótimas de crescimento mais elevadas, geralmente de 20 a 30°C, e não pode crescer em temperaturas acima de de 40°C.
A refrigeração é o método mais comum de preservação dos alimentos. Esse método tem como base o princípio de que as velocidades de reprodução microbiana decrescem em baixas temperaturas. Embora os micro-organismos sobrevivam mesmo em temperaturas próximas do congelamento podendo ficar totalmente dormentes e eles gradualmente diminuem seu número. Os mesófilos, com uma temperatura ótima de crescimento de 25 a 40°C, são os micro-organismos mais comuns. Os organismos que se adaptaram a viver dentro dos corpos de animais geralmente têm uma temperatura ótima próxima daquela de seus hospedeiros. A temperatura ótima para a maioria das bactérias patogênicas é de cerca de 37°C. Os termófilos são micro-organismos capazes de crescer a temperaturas altas. Muitos desses organismos têm uma temperatura ótima de crescimento de 50 a 60°C, a temperatura da água que sai de uma torneira de água quente. Alguns micro-organismos membros das Arquibactérias têm uma temperatura ótima de crescimento de 80°C ou mais. Esses organismos são chamados de hipertermófilos ou, algumas vezes, termófilos extremos.
pH
O pH se refere à acidez ou alcalinidade de uma solução. A maioria das bactérias cresce melhor em uma faixa estreita de pH perto da neutralidade, entre pH 6,5 e 7,5. Poucas bactérias crescem em um pH ácido abaixo de 4. Essa é a razão pela qual muitos alimentos como o chucrute, os picles e muitos queijos são protegidos da deterioração pelos ácidos produzidos pela fermentação bacteriana. pH se refere à acidez ou alcalinidade de uma solução. A maioria das bactérias cresce melhor em uma faixa estreita de pH perto da neutralidade, entre pH 6,5 e 7,5. Poucas bactérias crescem em um pH ácido abaixo de 4. Essa é a razão pela qual muitos alimentos como os picles e muitos queijos são protegidos da deterioração pelos ácidos produzidos pela fermentação bacteriana. pH se refere à acidez ou alcalinidade de uma solução. A maioria das bactérias cresce melhor em uma faixa estreita de pH perto da neutralidade, entre pH 6,5 e 7,5. Poucas bactérias crescem em um pH ácido abaixo de 4. Essa é a razão pela qual muitos alimentos como o chucrute, os picles e muitos queijos são protegidos da deterioração pelos ácidos produzidos pela fermentação bacteriana.
Pressão osmótica 
Os micro-organismos obtêm a maioria dos seus nutrientes da água presente no seu meio ambiente. Portanto, eles requerem água para seu crescimento, sendo que sua composição é de 80 a 90% de água. Pressões osmóticas elevadas têm como efeito remover a água necessária para a célula. Alguns micro-organismos, chamados de halófilos extremos, são tão adaptados a concentrações elevadas de sais que acabam de fato requerendo sua presença para que ocorra seu crescimento. Nesse caso, eles podem ser denominados halófilos obrigatórios. Os organismos de águas salinas como o Mar Morto requerem frequentemente cerca de 30% de sal, e a alça de inoculação utilizada para transferência deve ser mergulhada em uma solução saturada de sal. Mais comuns são os halófilos facultativos, que não requerem concentrações elevadas de sal, mas são capazes de crescer em concentrações de até 2% de sal, o que inibe o crescimento de muitos organismos. Algumas espécies de halófilos facultativos podem tolerar mesmo 15% de sal. 
Fatores químicos
Carbono
Além da água, um dos fatores mais importantes para o crescimento microbiano é o carbono. O carbono é o esqueleto estrutural da matéria viva; ele é necessário para todos os compostos orgânicos que constituem uma célula viva. Metade do peso seco de uma célula bacteriana típica é composta de carbono. 
Nitrogênio, enxofre e fósforo 
Além do carbono, os microorganismos necessitam de outros elementos para sintetizar material celular. A síntese de DNA e RNA também requer nitrogênio e algum fósforo, assim como para a síntese de ATP, a molécula responsável pelo armazenamento e pela transferência de energia responsável pelo armazenamento e pela transferência de energia dentro da célula. O nitrogênio constitui cerca de 14% do peso seco da célula bacteriana, e o enxofre e o fósforo juntos constituem cerca de 4%. 
Os organismos utilizam o nitrogênio para a formação do grupo amino dos aminoácidos das proteímas. Algumas bactérias incluindo as cianobactérias fotossintéticas utilizam nitrogênio fasoso diretamente da atmosfera. Esse processo é chamado de fixação de nitrogênio. O enxofre é utilizado para sintetizar os aminoácidos contendo enxofre e vitaminas como a tiamina e a biotina. O fósforo é essencial para a síntese dos ácidos nucleicos e dos fosfolipídeos das membranas celulares. Entre outros lugaes ele também é encontrado nas ligações de energia do ATP. 
Elementos traços
Os micro-organismos requerem quantidades muito pequenas de outros elementos minerais, como ferro, cobre, molibdênio e zinco, que são referidos como elementos traços. A maioria é essencial paraa função de enzimas, geralmente como cofatores. 
Oxigênio 
Houve pouco oxigênio molecular na atmosfera durante a maior parte da história da Terra, na realidade, é possível que a vida não tivesse surgido se houvesse oxigênio. Contudo, muitas formas comuns de vida têm sistemas metabólicos que requerem oxigênio para a respiração aeróbica. Os micro-organismos que utilizam o oxigênio molecular (aeróbicos) produzem mais energia a partir dos nutrientes que os micro-organismos que não utilizam o oxigênio (anaeróbicos). Os organismos que requerem oxigênio para viver são chamados de aeróbicos obrigatórios.
Os aeróbicos obrigatórios têm uma desvantagem já que o oxigênio é pouco solúvel na água do seu ambiente. Por isso, muitas das bactérias aeróbicas têm desenvolvido, ou mantido, a capacidade de continuar a crescer na ausência do oxigênio. Tais organismos são chamados de anaeróbicos facultativos. 
Os anaeróbicos obrigatórios são bactérias incapazes de utilizar o oxigênio molecular para as reações produtoras de energia. De fato, isso é prejudicial para muitos deles. O gênero Clostridium, que contém espécies que causam o tétano e o botulismo, é o exemplo mais conhecido. Essas bactérias podem utilizar os átomos presentes nos materiais celulares. Esses átomos geralmente são obtidos da água.
Os anaeróbicos aerotolerantes não podem utilizar o oxigênio para crescimento, mas o toleram relativamente bem. Na superfície de um meio sólido, eles crescerão sem a utilização das técnicas especiais requeridas pelos anaeróbicos obrigatórios. Muitas das bactérias aerotolerantes fermentam de modo característico os carboidratos em ácido lático.
Fatores orgânicos de crescimento 
Os compostos orgânicos essenciais que um organismo é incapaz de sintetizar são conhecidos como fatores orgânicos de crescimento. Eles devem ser obtidos diretamente do ambiente. Um grupo de fatores orgânicos de crescimento para os seres humanos é o das vitaminas. A maioria das vitaminas funciona como coenzimas, os cofatores orgânicos requeridos por certas enzimas para seu funcionamento. Muitas bactérias podem sintetizar suas próprias vitaminas e não dependem de fontes externas. Contudo, algumas bactérias não possuem as enzimas necessárias para a síntese de certas vitaminas, que são para elas fatores orgânicos de crescimento. Outros desses fatores requeridos por certas bactérias são aminoácidos, purinas e pirimidinas.
· Biofilmes
Os biofilmes residem em uma matriz feita essencialmente de polissacarídeos, mas contendo também DNA e proteínas, com frequência chamada de limo. Um biofilme também pode ser considerado um hidrogel, um polímero complexo contendo uma quantidade de água que corresponde a várias vezes seu peso seco. Uma comunicação química entre as células ou quorum sensing, permite às bactérias coordenarem sua atividade e se agrupar em comunidades que fornecem benefícios não muito diferentes daqueles de organismos multicelulares. Portanto, os biofilmes não são somente camadas limosas bacterianas, mas sistemas biológicos; as bactérias são organizadas em uma comunidade funcional coordenada. Os biofilmes geralmente são fixados em superfícies como uma pedra em um lago, um dente humano ou uma membrana mucosa.
Um biofilme geralmente começa a se formar quando uma bactéria livre nadadora (planctônica) se fixa em uma superfície. Se essa bactéria crescesse em uma monocamada uniformemente fina, esta ficaria superlotada, os nutrientes não seriam disponíveis na parte mais profunda e resíduos tóxicos se acumulariam.
· Meio de cultura 
O material nutriente preparado para o crescimento de micro-organismos em um laboratório é chamado de meio de cultura. Algumas bactérias podem crescer bem em qualquer meio de cultura; outras requerem meios especiais, e outras ainda não podem crescer em qualquer dos meios não vivos até agora desenvolvidos. 
Os micro-organismos introduzidos em um meio de cultura para iniciar o crescimento são chamados de inóculo. Os micro-organismos que crescem e se multiplicam dentro ou sobre um meio de cultura são denominados cultura.
Quando se deseja o crescimento das bactérias em meio sólido, um agente solidificante como o ágar é adicionado ao meio. Um polissacarídeo complexo derivado de uma alga marinha, o ágar tem sido utilizado há muito tempo para deixar alimentos como geleias e sorvetes mais espessos. O ágar tem algumas propriedades muito importantes que o tornam valioso em microbiologia, nunca tendo sido encontrado um substituto satisfatório. Poucos micro-organismos podem degradar o ágar, o que permite que ele permaneça sólido.
Meio quimicamente definido 
Para sustentar o crescimento microbiano, um meio deve fornecer uma fonte de energia, assim como fontes de carbono, nitrogênio, enxofre, fósforo e quaisquer outros fatores orgânicos de crescimento que o organismo seja incapaz de sintetizar. Um meio quimicamente definido é aquele cuja composição exata é conhecida. Para um quimio-heterotrófico, o meio quimicamente definido deve conter fatores de crescimento orgânicos que servem como fonte de carbono e energia.
Meio complexo 
Os meios quimicamente definidos geralmente são reservados para trabalhos experimentais no laboratório ou para o crescimento de bactérias autotróficas. A maioria das bactérias e dos fungos, como aqueles analisados em um curso de introdução ao laboratório, é cultivada rotineiramente em meios complexos feitos de nutrientes como extratos de leveduras, de carnes ou de plantas, ou produtos de digestão destas ou de outras fontes. Nos meios complexos, as necessidades de energia, carbono, nitrogênio e enxofre dos micro-organismos em cultura são fornecidas essencialmente pelas proteínas. Uma proteína é uma molécula grande e relativamente insolúvel que alguns micro-organismos podem utilizar diretamente, mas uma digestão parcial por ácidos ou enzimas reduz a proteína em cadeias de aminoácidos mais curtas chamadas de peptonas. Esses fragmentos pequenos e solúveis podem ser digeridos pela maioria das bactérias.
Meios e métodos para o crescimento anaeróbico 
A cultura de bactérias anaeróbicas apresenta um problema particular. Como os anaeróbicos podem ser mortos pela exposição ao oxigênio, meios especiais, chamados de meios redutores, devem ser utilizados. Esses meios contêm ingredientes, como o tioglicolato de sódio, que combinam-se quimicamente com o oxigênio dissolvido e o eliminam no meio de cultura. Para cultivar e manter culturas puras de anaeróbicos obrigatórios, os microbiologistas utilizam meios redutores armazenados em tubos de ensaio firmemente tampados. Esses meios são aquecidos rapidamente antes de ser utilizados, para eliminar o oxigênio absorvido.
Técnicas especiais de cultura
 Muitas bactérias nunca foram cultivadas com sucesso em meios artificiais de laboratório. Mycobacterium leprae, o bacilo da lepra, geralmente é crescido em tatus, pois eles têm uma temperatura corporal relativamente baixa que atende às necessidades do micro-organismo. Outro exemplo é a espiroqueta da sífilis, ainda que algumas linhagens não patogênicas desses micro-organismos tenham crescido em meio de laboratório. Com poucas exceções, as bactérias intracelulares obrigatórias, como riquétsias e clamídias, não 
crescem em meios artificiais. Como os vírus, elas somente podem se reproduzir em célula hospedeira viva.
Meios de cultivo seletivo e diferencial 
Na microbiologia clínica ou de saúde pública, frequentemente é necessário detectar a presença de micro-organismos específicos associados com doenças ou saneamento deficiente. Para essa tarefa, meios seletivos e diferenciais são utilizados. Os meios seletivos são elaborados para impedir o crescimento de bactérias indesejadas e favorecer o crescimento dos micro-organismos de interesse. Os meios diferenciais facilitam a diferenciação das colônias de um micro-organismo desejado em relação a outras colônias crescendo na mesma placa. De maneira similar, culturas puras de micro-organismos têm reações identificáveis com meios diferenciais em tubos ou placas.
Meios de enriquecimento 
Como as bactérias em pequenonúmero podem ser perdidas, em particular se outras bactérias estiverem presentes em maior número, algumas vezes é necessário utilizar uma cultura de enriquecimento. Com frequência essa metodologia é empregada com amostras de solo ou fezes. O meio para enriquecer uma cultura geralmente é líquido e fornece nutrientes e condições ambientais que favorecem o crescimento de um micro-organismo específico e não de outros. Nesse sentido, também é um meio seletivo, mas elaborado para amplificar até níveis detectáveis um número muito pequeno do micro-organismo de interesse.
· Obtenção de culturas puras
A maioria dos materiais infecciosos, como pus, escarro e urina, contém diversos tipos de bactérias; da mesma forma que amostrasde solo, água ou alimento. Quando esses materiais são semeados na superfície de meio sólido, as colônias formam cópias exatas do organismo original. Uma colônia visível teoricamente vem de um único esporo ou célula vegetativa ou de um grupo dos mesmos micro-organismos juntos em agregados ou cadeias. As colônias microbianas frequentemente têm aparência diferente, o que permite distinguir um micro-organismo do outro. As bactérias devem ser espalhadas de maneira suficientemente ampla na placa para que as colônias possam ser separadas umas das outras.
· Preservação de culturas bacterianas
A refrigeração pode ser utilizada para o armazenamento de culturas bacterianas por curtos períodos. Dois métodos comuns de preservação de culturas microbianas por longos períodos são o congelamento em baixa temperatura e a liofilização. 
O congelamento em baixa temperatura é um processo no qual uma cultura pura de micro-organismos é colocada em um líquido de suspensão e rapidamente congelada em uma faixa de temperatura de –50°C a –95°C.
A cultura normalmente pode ser descongelada e cultivada mesmo após vários anos. Durante a liofilização, uma suspensão de micro-organismos é rapidamente congelada em uma faixa de temperatura de –54°C a –72°C, e a água é removida por alto vácuo (sublimação). 
Ainda sob vácuo, o container é selado, derretendo o vidro com uma chama de alta temperatura. O pó obtido desse processo, contendo os micro-organismos sobreviventes, pode ser armazenado por anos. Os organismos podem ser reativados a qualquer momento por hidratação com um meio nutriente líquido apropriado.
· Crescimento de culturas bacterianas
A possibilidade de representar graficamente as enormes populações resultantes do crescimento de culturas bacterianas é uma parte essencial da microbiologia. A determinação das quantidades de micro-organismos tanto diretamente, por contagem, quanto indiretamente, pela medida de sua atividade metabólica, também é um aspecto importante da microbiologia.
Divisão bacteriana 
O crescimento bacteriano se refere ao aumento do número de bactérias e não a um aumento no tamanho das células individuais. As bactérias normalmente se reproduzem por fissão binária. Algumas espécies bacterianas se reproduzem por brotamento; elas formam uma pequena região inicial de crescimento, que vai se alargando até atingir um tamanho similar ao da célula parental, e então se separam dela.
Tempo de geração 
Para o cálculo do tempo de geração das bactérias, consideraremos somente a reprodução por divisão binária, que é o método mais comum, a divisão de uma célula produz duas células, a divisão dessas duas células produz quatro células, e assim por diante. Quando o número de células em cada geração é expresso na potência de 2, o expoente reflete o número de duplicações (gerações) que ocorreram. 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.
Fases de crescimento 
Quando algumas bactérias são inoculadas em um meio líquido de crescimento e a população é contada em intervalos regulares, é possível representar graficamente a curva de crescimento bacteriano, que mostra o crescimento das células em função do tempo. Há quatro fases básicas de crescimento: a fase lag, a fase log, a fase estacionária e a fase de morte celular. 
1. A fase lag: durante um certo tempo, o número de células muda pouco, pois elas não se reproduzem imediatamente em um novo meio. Esse período de pouca ou nenhuma divisão é chamado de fase lag, podendo durar de uma hora a vários dias. Durante esse tempo, contudo, as células não estão dormentes.
2. A fase log: finalmente, as células começam a se dividir e entram em um período de crescimento, ou aumento logarítmico, chamado de fase log ou fase exponencial de crescimento. A reprodução celular é mais ativa durante esse período, e o tempo de geração atinge um valor constante.
3. A fase estacionária: se a fase de crescimento continua sem controle, ocorre a formação de um grande número de células. No final do crescimento, a velocidade de reprodução se reduz, o número de mortes microbianas é equivalente ao número de células novas, e a população se estabiliza. Esse período de equilíbrio é chamado de fase estacionária
4. A fase de morte celular: o número de mortes finalmente ultrapassa o número de células novas formadas, e a população entra na fase de morte ou declínio logarítmico. Essa fase continua até que a população tenha diminuído para uma pequena fração da população da fase anterior ou morre totalmente. Algumas espécies passam por toda a sequência de fases em somente poucos dias; outras mantêm algumas células sobreviventes indefinidamente.
Medida direta do crescimento microbiano 
O crescimento de populações microbianas pode ser medido de diversas maneiras. Alguns métodos medem o número de células, outros medem a massa total da população, que muitas vezes é proporcional ao número de células. A quantificação de uma população normalmente é registrada como o número de células por mililitro de líquido ou grama de material sólido. Como as populações bacterianas geralmente são muito grandes, a maioria dos métodos de contagem tem como base enumerações diretas ou indiretas de amostras pequenas; um cálculo determina depois o tamanho total da população. 
Contagem em placas 
O método utilizado com mais frequência para medir populações bacterianas é a contagem em placas. Uma grande vantagem desse método é que ele mede o número de células viáveis. Uma desvantagem é que são necessárias 24 horas ou mais para que colônias visíveis sejam formadas. Isso pode ser um problema sério para certas aplicações, como o controle de qualidade do leite, quando não é possível manter um lote do produto durante esse tempo. As contagens em placas consideram que cada bactéria viva cresce e se divide para produzir uma única colônia. Isso não é sempre verdadeiro, pois as bactérias frequentemente crescem unidas em agregados ou cadeias. 
Filtração 
Quando a quantidade de bactérias é muito pequena, como em lagos ou correntes de água relativamente puras, as bactérias podem ser contadas pelo método de filtração. Nessa técnica, pelo menos 100 mL de água passam através de uma membrana filtrante fina com poros estreitos o suficiente para não deixar que as bactérias passem, ficando assim retidas na superfície do filtro. Esse filtro é transferido para uma placa de Petri contendo um suporte embebido em um meio líquido nutriente, que permite que as colônias se desenvolvam a partir das bactérias retidas na superfície do filtro. Esse método é aplicado frequentemente para a detecção e o registro de bactérias coliformes, que são indicadoras de contaminação fecal em alimento ou água. 
O método do número mais provável 
Outro método para determinar o número de bactérias em uma amostra é o método do número mais provável (MNP). Essa técnica estatística tem como base o seguinte princípio: quanto maior o número de bactérias em uma amostra, maior será o número de diluições necessárias para reduzir a densidade até um ponto no qual mais nenhuma bactéria esteja presente nos tubos de diluição seriada. O MNPé utilizado quando os micro-organismos não crescem em um meio sólido. 
Contagem microscópica direta 
No método conhecido como contagem microscópica direta, um volume conhecido de uma suspensão bacteriana é colocado em uma área definida da lâmina microscópica. Por considerações detempo, esse método frequentemente é utilizado para contar bactérias no leite. Uma amostra de 0,01 mL é espalhada em uma superfície de um centímetro quadrado da lâmina, um corante é adicionado para visualizar a bactéria, e a amostra é observada com óleo de imersão. Deve ser determinada a área de observação de cada região da lâmina. Após a contagem de diferentes regiões da lâmina, a média do número de bactérias por campo observado pode ser calculada. A partir desses resultados, o número de bactérias no centímetro quadrado contendo a amostra também pode ser calculado.
· Determinação do número de bactérias por métodos indiretos 
Não é sempre necessário contar as células microbianas para estimar seu número. Na pesquisa e na indústria, o número e a atividade dos micro-organismos também são determinados por alguns dos métodos seguintes.
Turbidimetria 
Para alguns tipos de experimentos, estimar a turbidimetria é uma maneira de monitorar o crescimento bacteriano. À medida que as bactérias se multiplicam em um meio líquido, o meio se torna turvo ou opaco com as células. O instrumento utilizado para medir a turdidez é um espectrofotômetro. No espectrofotômetro, um feixe de luz passa através de uma suspensão de bactérias até um detector fotossensível. Com o aumento do número de bactérias, menos luz atingirá o detector. Essa alteração da luz será registrada na escala do instrumento como porcentagem de transmissão. 
Atividade metabólica
Outra maneira indireta de estimar o número de bactérias é medir a atividade metabólica de uma população. Esse método assume que a quantidade de um produto metabólico determinado, como um ácido ou CO2, é diretamente proporcional ao número de bactérias presentes. Um exemplo de aplicação prática de um teste metabólico é o ensaio microbiológico no qual a produção de ácido é utilizada para determinar quantidades de vitaminas.
Peso seco
Para bactérias e fungos filamentosos, os métodos comuns de medida são menos satisfatórios. Uma contagem em placas não poderia medir esse aumento em massa micelial. Nas contagens em placas de actinomicete e fungos, o número de esporos assexuados é mais frequentemente contado como alternativa, mas essa não é uma boa medida do crescimento. Uma das melhores maneiras de medir o crescimento de organismos filamentosos é pelo peso seco. Nesse procedimento, o fungo é removido do meio de crescimento, filtrado para remover outros materiais e seco em dissecador, sendo então pesado. Para bactérias, o mesmo procedimento básico é seguido.