Fisiologia_microbiana (1)

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Fisiologia Microbiana
Uma vez que uma bactéria é cultivada em laboratório, geralmente
é simples determinar o que ela faz para sobreviver, ou seja,
determinar suas capacidades metabólicas. 
(...) Que nutriente são essenciais? (...) em que quantidades?
Contudo, quando microrganismos ainda não podem ser cultivados, 
podemos estudá-los?
Sim, podemos. Mas não da mesma forma. Podemos porém 
estudar os seus genes em vez dos metabolismos.
Fonte: Microbiologia de Brock p. 379
1. Nutrição Microbiana
◆ Todos os microrganismos precisam de nutrientes para seu
crescimento e multiplicação (reprodução)
◆ Os nutrientes serão utilizados no metabolismo microbiano
para:
– Obtenção de Energia (moléculas de ATP)
– Formação de Biomoléculas
– Moléculas reguladoras do Metabolismo ou Fatores do 
Crescimento (ex. Vitaminas)
2. Categorias Nutricionais
FONTES DE ENERGIA
A partir da LUZ >==> FOTOTRÓFICOS
A partir de Redução de Moléculas >==> QUIMIOTRÓFICOS
FONTES DE CARBONO
Se carbono orgânico >==> HETEROTRÓFICOS
Se carbono inorgânico >==> AUTOTRÓFICOS
Estas podem ser classificadas com base em duas fontes: 
de Energia e de Carbono
2. Categorias Nutricionais
MICRORGANISMOS QUIMIO-HETEROTRÓFICOS 
(Bactérias, Protozoários e Fungos)
A nutrição dos seres QUIMIO-HETEROTRÓFICOS ocorre por meio
da ABSORÇÃO dos nutrientes a partir do meio ambiente externo. 
Os nutrientes são absorvidos do meio externo e metabolizados
para gerar energia para suas atividades vitais por meio de:
• RESPIRAÇÃO CELULAR ou FERMENTAÇÃO (serão vistos na
aula sobre Metabolismo Microbiano)
MICRORGANISMOS QUIMIO-AUTOTRÓFICOS OU 
FOTO-AUTOTRÓFICOS 
(Bactérias, Arqueobactérias e Algas)
A nutrição ocorre por meio da AUTOTROFIA. 
As espécies autotróficas são capazes de produzir o 
seu próprio alimento (nutrientes) por meio de:
• FOTOSSÍNTESE (FOTO-AUTOTRÓFICOS ) ou da 
QUIMIOSSÍNTESE (QUIMIO-AUTOTRÓFICOS) 
(também serão vistos na aula sobre Metabolismo
Microbiano)
COMPOSIÇÃO QUÍMICA DAS CÉLULAS
Os microrganismos são compostas, essencialmente, por
● compostos orgânicos: proteínas, ácidos nucléicos, 
polissacarídeos, lipídeos, vitaminas.
● compostos químicos inorgânicos, íons e água
NUTRIENTES: substâncias que participam do metabolism celular, seja para 
serem quebradas em moléculas menores e/ou obter energia (catabolismo), seja
para, a partir de moléculas menores, se construirem biomoléculas (anabolismo). 
Logo, as funções dos nutrientes são energética, construtora, reguladora
 Macronutrientes: nutrientes necessários em grandes
quantidades.
 Micronutrientes: nutrientes necessários em pequenas
quantidades. 
 Fatores de crescimento: compostos essenciais ao metabolismo, 
que não são sintetizados pela célula e partcipam como
coenzimas, cofatores (ex. vitaminas)
4. Macronutrientes e Micronutrientes
Carbono: presente nos compostos orgânicos como aminoácidos, ácidos
orgânicos, açúcares, bases nitrogenadas. Fonte inorgânica de C: carbonatos, 
CO2, etc).
Hidrogênio: presente em proteínas, açúcares e demais moléculas orgânicas. 
Também é obtido a partir da água. Um dos principais constituintes celulares.
Oxigênio: provém de compostos orgânicos ou da água, do C02...; é essencial
como aceptor final de elétrons na respiração celular aeróbica. Mas não é 
essencial a todos os seres vivos (ex. seres anaeróbios)
Nitrogênio: fonte de N pode ser de compostos orgânicos ou inorgânicos; vem
da degradação de proteínas e ácidos nucléicos, amônia e nitratos. Fonte externa 
inorgânica: nitrito, nitrato, amônia; ou pela fixação biológica de N2 por bactérias
específicas.
Fósforo: orgânico (ácidos nucléicos) ou inorgânico (fosfatos). Presente nos
ácidos nucléicos e fosfolipídeos. Em sua maioria, os microrganismos utilizam o 
fósforo sob a forma de compostos inorgânicos.
Principais Macronutrientes
Enxofre: presente nos aminoácidos (cisteína e metionina) e em vitaminas
(tiamina, biotina); sofre uma série de transformações naturais, exclusivamente
realizadas por microrganismos. Fontes: sulfatos orgânicos, inorgânicos, sulfetos, 
H2S.
Potássio: papel ativador de várias enzimas, tais como aquelas envolvidas na
tradução.
Magnésio: grandes quantidades, papel na estabilização de ribossomos, 
membranas e ácidos nucléicos, importante para o funcionamento de diferentes
enzimas, especialmente as envolvidas na transferência de fosfato.
Cálcio: obtido na forma de sais de cálcio, importante para certas enzimas, 
estruturas como endosporos, estabiliza a parede cellular.
Sódio: essencial em quantidades variadas, dependendo das espécies. Espécies
Halófilas requerem altas concentrações de sal.
Ferro: provém de sais de ferro, hidróxidos de ferro. Importante na respiração
celular (citocromos), em enzimas e cofatores.
Principais Micronutrientes
Necessários em pequenas quantidades. 
Seu papel é tão importante quanto os macronutrientes.
Cobalto: necessário para a formação da vitamina B12.
Zinco: tem papel estrutural em várias enzimas (DNA e RNA 
polimerases) e outras proteínas de ligação ao DNA.
Molibdênio: presente em certas enzimas como a nitrato 
redutase assimilativa.
Cobre: importante para enzimas respiratórias.
Manganês: ativador de muitas enzimas.
Níquel: presente em hidrogenases.
Cromo: metabolismo da glicose.
Compostos orgânicos necessários para o crescimento celular mas que as 
células são incapazes de sintetizar:
Exemplos: Vitaminas, Aminoácidos, Purinas e Pirimidinas
Algumas funções desempenhadas pelas principais vitaminas requeridas
pelos microrganismos:
biotina - Biossíntese de ácidos graxos, b-decarboxilações, fixação de CO2; 
tiamina (B1) - a-decarboxilações e transcetolase
piridoxina (B6) - transformações de aminoácidos e ceto ácidos
cobalamina (B12) - redução e transferência de fragmentos únicos de 
carbono, síntese de desoxirribose.
Fatores de Crescimento
5. Meios de Cultura
 Meios de Cultura ou Meios de Cultivo ou Meios Nutritivos são
soluções aquosas contendo nutrientes importantes para o 
crescimento dos microrganismos em laboratórios.
 Os meios são utilizados para diversos fins: isolar os
microrganismos, estudar seu metabolismo bioquímico, energético, 
para fins de diagnóstico, etc…
 Para isso, é necessário o conhecimento das exigências
nutricionais para o desenvolvimento de cada microrganismo em
específico. Além dos nutrientes, é preciso também conhecer as 
condições físico-químicas ideiais para cada espécie, como
temperatura, pH, umidade, oxigênio, pressão, entre outros.
6. Meios de Cultura
 Devem conter fontes nutricionais de macronutrientes (C, N, P e S, e 
outros) ; micronutientes e fatores de crescimento. 
 Podem estar em estado sólido, semi-sólido ou líquido. Neste caso
solidifica-se acrescentando agarose (semelhante a gelatina)
 Existem variados tipos de Meios de Cultivo para os inúmeros 
microrganismos já isolados
 Possuem composição variada dependendo da finalidade do 
experimento (se isolamento, se crescimento, se testes, etc..)
 Meio de Pré-enriquecimento: para amostras debilitadas no crescimento, que sofreram algum 
dano, e precisam ter seus crescimento reativado (Ex.: caldo lactosado);
 Meio de Enriquecimento: para favorecer o crescimento inespecífico de bactérias em geral 
(Ex.: Caldo Tetrationato);
 Meio Seletivo: para inibir o crescimento de alguns microrganismos e propiciar o 
desenvolvimento de outros (Ex.: Manitol e MacConkey);
 Meio Diferencial: para permitir a diferenciação de microrganismos parecidos (Ex.: Ágar 
sangue e MacConkey);
 Meio Triagem: para avaliar as atividades metabólicas específicas das espécies, permitindo a 
identificação de microganismos. (Ex.: Tríplice açúcar e ferro);
 Meio Identificação: para realizar provas bioquímicas e avaliar as funções fisiológicas do 
microrganismo a ser identificado (Ex.: Ágar citrato, Caldo nitrato);
 Meio quimicamente definido: meio que se conhece a constituição nutricional e quantidades 
de cada nutriente, para estudos bioquímicos dosmicrorganismos
 Meio complexo: que apresenta compostos orgânicos complexos como peptona, extrato de 
levedura, e não se conhece exatamente a composição nutricional de cada elemento
 Meio de Manutenção: conserva os microrganismos em laboratório (Ex.: Ágar 
Sabouraud).
Exemplos de Meios de Cultivo
Conformação de Meios de Cultura
Meio de Cultivo Líquido, distribuído 
em tubos de ensaio. Observe os 
tubinhos de Duhan internamente 
(usados em testes de produção de 
gases pelo microrganismo)
Meio de Cultivo Sólido (1% ágar), 
distribuído em Placas de Petri. 
Observe a Alça (em anel - azul) para 
inocular os microrganismos na 
superfície do meio
Meio de Cultivo 
Semi-Sólido(0,5% 
ágar), distribuído 
em Tubos de 
Ensaio. Observe 
que o meio 
solidificou 
inclinado para 
aumentar a 
superfície de 
semeadura do 
microrganismo
Meio de Cultivo Sólido
Meio de Cultivo Semi-Sólido
Etapas importantes para o 
preparo de meios de cultura
1. Seleção dos nutrientes e pesagem
2. Dissolução em água e aliquotagem em frasco para 
esterilizar
3. Esterilização em autoclave
4. Aliquotagem após esterilização (em alguns casos)
Etapa 1 Etapa 2
Etapas importantes para o 
preparo de meios de cultura
1. Seleção dos nutrientes e pesagem
2. Dissolução em água e aliquotagem em frasco para 
esterilizar
3. Esterilização em autoclave (calor úmido, sob pressão)
4. Aliquotagem após esterilização (em alguns casos)
Etapa 3 Etapa 4
Meios SEM e COM crescimento microbiano
SEM crescimento COM crescimento 
Crescimento evidente 
pela turvação
Crescimento evidente 
pelas colônias na 
superfície do meio
OUTROS
EXEMPLOS DE 
MACROCOLÔNIAS 
CRESCIDAS EM 
MEIO SEMI-
SÓLIDO OU 
SÓLIDO
Caldo Simples - formulação:
Extrato de carne ............ 0,3 g
Peptona ......................... 1,0 g
Cloreto de sódio ............ 0,5 g
Água destilada .............. 100,0 ml
Agar Sabouraud - formulação:
Peptone
Dextrose
Agar
EXEMPLOS DE 
COMPOSIÇÃO DE 
ALGUNS MEIOS DE 
CULTIVO
Divisão celular bacteriana
É exponencial
REPRODUÇÃO ASSEXUADA 
POR FISSÃO BINÁRIA
Crescimento é 
exponencial
Lag
Log
Estacionári
a
Declínio 
ou morte
CURVA PADRÃO DE CRESCIMENTO
Qual(is) espécie(s) atingiu(ram) maior 
população?
Qual(is) espécie(s) apresentou(aram) 
maior fase lag?
Qual(is) espécie(s) apresentou(aram) fase 
estacionária?
Qual(is) espécie(s) apresentou(aram) fase 
decínio ou morte?
CURVA DE INIBIÇÃO OU 
CURVA DE MORTE
Fonte: http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0100-
40422018000400367
Curva de morte obtida com os filmes poliméricos de Ecoflex® aditivados com 1 e 2% (m/m) de NPs-ZnO 
e para o filme polimérico de Ecoflex® puro frente a bactéria E. coli
http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0100-40422018000400367
Fatores físico-químicos importantes para 
o crescimento microbiano: 
 pH 
 temperatura
 oxigenação
 salinidade
pH
Maioria bactérias crescem em pH perto da neutralidade 6,5 a 7,5. 
Fungos crescem normalmente em pH mais ácido pH 5-6
Valores extremos são restritos a alguns grupos microbianos
Temperatura
Oxigenação
1- Aeróbios estritos ou obrigatórios
(precisam O2 para viver. Não vivem
sem O2)
2 - Anaeróbios estritos (não usam O2. e 
na presença de O2 morrem) 
3 - Anaeróbios facultativos (podem usar
O2 mas na falta deste crescem
também). Na fermentação ou
respiração anaeróbia (nitrato substitui
o O2)
4 – Microaerófilos (necessitam baixas
quantidades O2). Uso de Jarras com 
condições de microaerofilia
5 - Anaeróbios aerotolerantes (não
usam, mas toleram o O2 )
Tubos 1 2 3 4 5 
Salinidade
Salinidade
Os microrganismos variam de acordo com sua tolerância à 
concentração de sal no meio. Podem ser Não Halófilo, 
Halotolerante, Halófilo, Halófilo Extremo
Quando uma célula está num meio rico em sais (hipertônico) 
ocorrerá a perda de água da célula para o meio externo, 
causando a plasmólise da célula.
Ex. conservação alimentos pelo processo de salgamento
Pressão Osmótica é a pressão decorrente da Osmose: 
transporte passivo onde a água sempre migra do meio 
hipotônico para um meio hipertônico 
Técnicas Semeadura Microbiana
CONCEITOS IMPORTANTES 
ISOLAMENTO de um microrganismo é possível pela obtenção de 
uma cultura pura. Esta colônia pura deve ser formada a partir de 
um único microrganismo. Por isso, ao semear o microrganismo no 
meio sólido, deve-se estriar de tal forma que as células microbianas
fiquem separadas entre si. 
SEMEADURA: Inocular ou fazer o plantio de um microrganismo em
um meio de cultura, a partir de um material já contendo o micróbio. 
REPIQUE: transferência de um microrganismo daquele meio de 
cultura que estava crescendo (meio 1) para outro meio novo e 
estéril (meio 2), considerando-se o esgotamento nutricional e 
acúmulo de metabólitos tóxicos no meio 1, e a necessidade de se 
manter a população microbiana sempre viva e metabolicamente
ativa.
Equipamentos e Instrumentos
Bico de Busen
Capela Fluxo Laminar
Cabo de Kolle e alça em anel
Alça em anel (3 tamanhos), em
picada e para espalhamento
Equipamentos e Instrumentos 
Micropipetador e ponteiras
Alça de Drigalski
Pipetas
Semeadura em Meio Sólidos 
Esgotamento de alça Em Picada 
Semeadura em Meio Sólidos 
Estrias Múltiplas para Isolamento
Espalhamento
Repique em Meio Líquido
Difusão
Técnicas de Quantificação
Pour plate
Contagem em Câmara de Neubauer
Contagem Espectrofotômetro
Processos Automatizados
O BD BACTEC é um sistema automatizado 
desenvolvido para detectar o crescimento de 
microrganismos em amostras de sangue. O 
aparelho não é invasivo e monitora, agita e incuba 
frascos simultânea e continuamente.