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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,
anabólicas
e	catabólicas	é
Acoplamento	das	reações 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
Nutrientes – 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.
Nutrientes – 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.
na	composição	das	células
ou	de	precursores	dos
Estes	compostos	entram
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
Isocitrato
Malato
-cetoglutarato
NAD+
NADH + H+ + CO2
Succinil CoA
CoA
NAD+
NADH + H+ + CO2
CoA
Succinato
ADP + Pi
ATP + CoA
Fumarato
FAD+
FADH
2
NAD+
NADH + H+
Piruvato
Acetil CoA
CoA
NAD+ + CoA
NADH + H+ + CO2
Citrato
CoA
Ciclo de krebs
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
Crescimento	microbiano	–	refere-se	ao	aumento	do	número	e não do tamanho das células.
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
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
Aeróbios obrigatórios – exigem a presença de oxigênio.
Anaeróbios obrigatórios – não toleram a presença de oxigênio.
Anaeróbios facultativos – crescem
na presença ou ausência de oxigênio.
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).
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, paredecelular 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
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espirilo
Formas e arranjos das células bacterianas
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39
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Estrutura da célula bacteriana
I – Apêndices
Flagelo
Facultativo
Composição química – flagelina (PTN)
Função – mobilidade
Pili ou fimbrias
Geralmente nas Gram negativas
Numerosos
Podem estar ou não presentes
Pili somático – menor e mais finos
Composição química – pilina (PTN)
Função – Somático – aderência
Sexual – Grande importância no transporte de genes
Número variável
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II – Envoltório celular
Cápsula
Envoltório mais externo (nem todas as bactérias possuem)
Composição química – polissacarídica (homo ou heteropolissacarídica), polipeptídica...
Função – retenção de água, 
material de reserva, 
proteção contra fagocitose (aumenta a virulência), 
aderência.
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	Composição 	Gram negativa	Gram positiva
	peptidioglicana	-	+
	Lipopolissacarideo	+	-
	Ác. Teicoico	-	+
	Lipídios	+	-
	Proteínas	+	-
	Sensibilidade a penicilina	_	+
III – PAREDE BACTERIANA
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MEMBRANA CITOPLASMÁTICA
Dupla camada de lipídios – fosfolipídios
Existem apenas PTNs periféricas
Composição química – PTN, lipídio e carboidratos
Procariótica não possui esterol. A Eucariótica possui
Função 
Respiração
Responsável pela replicação de DNA e RNA
Transporte
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ESTRUTURAS INTERNAS
Mesossomos
Invaginações formadas a partir do citoplasma.
Mais encontradas nas G+ (bacillus)
Composição química – PTNs e Lipídios
Funções:
Mesossomas septais
Orienta o DNA na divisão celular
Segregação dos cromossomos
Mesossomas laterais
Segregação de enzimas hidrolíticas e de PTNs envolvidas com os ribossomos.
Envolvido na formação dos esporos.
Ribossomos
Composição química – RNA, PTNs
Estrutura: 2 subunidade 30s e 50s (OBS: eucariontes subunidade 40s e 60s).
Funções:
Biossíntese de PTNs
Formam cadeia de RNAm
Encontram-se livre no citoplasma ou associadas a Membrana citoplasmática ou mesossomos
INCLUSÕES CITOPLASMATICAS
Grânulos de Lipídios – aparecem na célula como grãos que não se coram
Grânulos de polissacarídeos
Grânulos de polimetafosfato – serve como reserva de fósforo para a biossíntese e elementos que servem de fosfato)
Grânulos de enxofre (S) – Bactérias sulfurosas (produção de energia)
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1
4
3
2
Core 
Membrana
Córtex
Capa
VII- ESPOROS
São ovais ou esféricos
Forma-se sob condições adversas (principalmente com o esgotamento de compostos C e N)
Core: DNA, ribossomo, enzimas, dipicolinato de cálcio (esse não aparece em células vegetativas), 3P glicerato (fornece energia para o esporo).
Membrana: Lipoproteina
Córtex: peptidioglicana
Capa: PTN, muito rica em cistina e pontes S-S tornado a capa altamente rígida e impermeável.
Exospório: PTN, Lipídio, açúcares (nem todo esporo possui Exospório)
Função: resistência em condições ambientais adversas
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	DNA cromossômico	DNA extra cromossômico
	 Único, circular, fita dupla.
 Replicação semi-conservativa, bidirecional.
	 Circular, fita dupla.
 Número variado de cópias.
 Replicação semi-conservativa
 Unidirecional ou bilateral.
 Plasmídios de gde tnho. –1 a 2 cópias / cél.
Plasmídios de pque tnho – 10 a 30 cópias / cél.
Material genético
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Características fenotípicas condicionadas por genes plasmídicos
Fertilidade
Produção de antibióticos
Resistência a íons de metais pesados
Resistência a U.V
Resistência a drogas
Produção de enterotoxinas – Ex: E. coli
Utilização de carboidratos
Degradação de hidrocarbonetos
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Plasmídios
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	* algumas espécies	Procarioto	Eucarioto
	Membrana nuclear	ausente	presente
	Mitocôndria	ausente	presente
	Cloroplastos	ausente	presente*
	Retículo endoplasmático	ausente	presente
	Complexo de Golgi	ausente	presente
	Vacúolos gasosos	presente*	ausente
	Correntes citoplasmáticas	ausente	presente*
	Endósporos resistentes ao calor	presente*	ausente
	Ácidos graxos insaturados na MP	ausente	presente
	Divisão celular por mitose	ausente	presente
	Forma do cromossomo	circular	linear
	Número de cromossomo	um	vários
	Ribossomos: localização	dispersos	ligados ao RE e dispersos
	Ribossomos: coeficiente de sedimentação	70S	80S
	Nucléolo	ausente	presente
	Reprodução	assexuada	sexuada/assexuada
	Tamanho da célula	0,2 - 2,0 µm	>2,0 µm
	Utilização de substratos inorgânicos	sim	não
	Utilização de substratos orgânicos	sim	sim
	Fotossíntese cíclica	sim	não
	Fotossíntese acíclica	sim	sim
	Fixação de nitrogênio	sim	não
	Respiração aeróbia	sim	sim
	Respiração anaeróbica	sim	não
	Fermentação de açúcares	sim	sim*
	Fermentação de aminoácidos	sim	não