Fisiologia e Metabolismo Bacteriano

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Bacteriologia 
II
ROTEIRO DA AULA 
• Metabolismo bacteriano 
• Nutrição bacteriana
• Crescimento bacteriano 
• Reprodução bactéria 
• Fases do crescimento bacteriano 
• Fatores necessários para o crescimento bacteriano
• Transposons 
METABOLISMO BACTERIANO 
• Metabolismo é o termo utilizado para nos referirmos ao conjunto de
todas as reações químicas dentro de um organismo vivo.
• As reações químicas, tanto liberam quanto requerem energia. O
metabolismo pode ser dividido em duas classes de reações químicas:
• Aquelas que liberam energia === Reações catabólicas (Catabolismo)
• E aquelas que requerem energia == Reações anabólicas (Anabolismo)
METABOLISMO BACTERIANO 
• Reações catabólicas ou degradativas:
• Realizam a quebra de compostos orgânicos complexos em compostos mais
simples
• Exemplo: Quando as células quebram açúcares em dióxido de carbono e
água.
• Reações anabólicas ou biossintéticas:
• Realizam a construção de moléculas orgânicas complexas a partir de
moléculas mais simples.
• Exemplo: formações de proteínas a partir de aminoácidos, de ácidos
nucleicos a partir de nucleotídeos, e de polissacarídeos a partir de
monossacarídeos (açúcares simples).
• Esses processos biossintéticos geram os materiais para o crescimento celular.
METABOLISMO BACTERIANO
O ATP armazena a energia derivada de
reações catabólicas e a libera posteriormente
para dirigir as reações anabólicas ou realizar
outros trabalhos celulares.
NUTRIÇÃO BACTERIANA
• As bactérias são muito diversas, e também são muito diversas as
estratégias nutricionais, mas mesmo tendo estratégias tão diversas o
reino monera em relação a nutrição, pode ser dividido em dois
grandes grupos:
• Bactérias autotróficas – são bactérias que produzem seu próprio alimento
(matéria orgânica).
• Fotossíntese
• Quimiossíntese
• Bactérias heterotróficas – bactérias que não produzem seu próprio alimento,
se alimentam de matéria orgânica composta por outros seres vivos.
• Saprofágicas – decompositoras de matéria orgânica morta (reciclagem)
• Parasitas – causadoras de doenças (obtém alimento a partir de tecidos corporais de
seres vivos).
NUTRIÇÃO BACTERIANA
• As bactérias autotróficas podem realizar dois processos diferentes:
• Fotossíntese – fonte de energia – Luz solar (possuem pigmento semelhantes
das algas e plantas (clorofila)
• Proclorófitas – clorofila tipo a e tipo b. Acreditam que sejam as maiores responsáveis
pela produção de oxigênio dos oceanos.
• Cianobactérias/algas azuis – (Gênero: Anabaena sp.) - clorofila A e ficobilinas
(pigmento que auxilia na fotossíntese). São importantes por colonizarem áreas
inóspitas, como rochas, solo, entre outros ambientes.
• Sulfobactérias – possui uma clorofila especial (bacterioclorofila). Essas bactérias não
retiram o hidrogênio da água, e sim de compostos que contem enxofre. Sendo assim, o
produto das reações é o enxofre e não o oxigênio. • CO2 – Gás carbônico
• H2S – Gás sulfídrico
• S – Enxofre 
• CH2O – Composto orgânico
• H2O – Água
• C6H12O6 – Glicose
• O2 – Oxigênio
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NUTRIÇÃO BACTERIANA
• Quimiossíntese – obtém energia de reações inorgânicas de
oxirredução.
• Utilizam gás carbônico e compostos que contem átomos de hidrogênio para
produção de compostos orgânicos e para isso é necessário de energia.
• Exemplos:
• Nitrossomonas – fixadoras de nitrogênio ( reações de fixação geram
energia)
• Nitrobacter – fixadora de nitrogênio
• 2NH3 – Amônia
• 2N0-2 – Nitrito 
• 2NO-3 - Nitrato 
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NUTRIÇÃO BACTERIANA 
• Heterotróficas
• Essas bactérias obtém a energia contida nesses alimentos por meio de dois
processos principais:
• Respiração celular
• Aeróbicas – quebram moléculas orgânicas (glicose) na presença do oxigênio.
O oxigênio é o aceptor final de hidrogênio (liberado da glicose) e assim ocorre a formação
da água.
• Anaeróbicas – bactérias que não utilizam oxigênio
O aceptor final de hidrogênio não é o oxigênio. São outras substâncias do tipo inorgânicas.
Ex. nitritos e sulfatos.
Exemplos de bactérias anaeróbicas: Gênero: Pseudomonas e Bacillus
Desnitrificação 
NO-3: Nitrato
NO-2: Nitrito
N2O: Oxido nitroso 
N2: Gás nitrogênio
NUTRIÇÃO BACTERIANA 
• Fermentação
• Na fermentação as bactérias quebram moléculas orgânicas e ocorrerá a liberação de energia.
• A quantidade de energia liberada no processo de fermentação é bem menor que na respiração
celular (degradação incompleta da molécula orgânica).
• A fermentação é um processo que:
• Libera energia a partir de açucares ou outras moléculas orgânicas, como aminoácidos, ácidos
orgânicos, purinas e pirimidinas.
• Não requer oxigênio.
• Não requer a utilização do ciclo de Krebs ou de uma cadeia de transporte de elétrons.
• Produz pequena quantidade de ATP ( uma ou duas moléculas de ATP para cada molécula de
matéria inicial), maior parte da energia esta nos produtos finais, como ácido lático ou etanol.
CRESCIMENTO BACTERIANO 
• 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 ou
divisão binária.
• Algumas espécies bacterianas se reproduzem por brotamento; elas
formam uma pequena região inicial de crescimento (o broto), que vai
se alargando até atingir um tamanho similar ao da célula parental, e
então se separam dela
FASES DO CRESCIMENTO BACTERIANO 
• Quando algumas bactérias são inoculadas em um meio líquido de crescimento e a
população é contada em intervalos regulares (tempo de geração), é possível
representar graficamente a curva de crescimento bacteriano, que mostra o
crescimento das células em função do tempo.
• O conceito da curva de crescimento
bacteriano é fundamental para
entendermos a dinâmica das populações e
o controle durante, por exemplo:
• A preservação ou a deterioração de
alimentos,
• a microbiologia industrial, como a produção
de etanol, e o curso e o tratamento de
doenças infecciosas.
FASES DO CRESCIMENTO BACTERIANO 
REPRODUÇÃO BACTERIANA 
• Reprodução assexuada: Divisão binária
• Replicação cromossômica
• Crescimento e extensão de componentes da
parede celular
• Formação de septo ou parede transversal
• Separação das células filhas.
REPRODUÇÃO BACTERIANA 
• Reprodução sexuada
• Transfere material genético e características produzindo novas cepas
bacterianas diferentes.
• Codifica a resistência a antibióticos
• Tipos:
• Conjugação: transferência de plasmídeos através do pili
• Transdução: Fragmento de DNA carreado de uma bactéria para outra
através de um bacteriófago
• Transformação: incorporação de fragmentos livres de DNA de uma
bactéria que sofreu lise em uma outra do mesmo gênero.
Transdução 
Transformação 
FATORES NECESSÁRIOS PARA O CRESCIMENTO
BACTERIANO
• Os fatores necessários para o crescimento microbiano podem ser
divididos em duas categorias principais:
• Físicos:
• Temperatura,
• pH
• Pressão osmótica
• Químicos.
• Água
• Fontes de carbono e nitrogênio
• Oxigênio
• Fatores orgânicos
FATORES FÍSICOS 
• TEMPERATURA
• A maioria dos microrganismos cresce bem nas temperaturas ideais para o
seres humanos
• Cada espécie bacteriana cresce a uma temperatura mínima, ótima e máxima
específica
• Temperatura de crescimento mínimo:
• Menor temperatura onde a espécie é capaz de crescer
• Temperatura de crescimento ótimo:
• Onde a espécie apresenta melhor crescimento
• Temperatura de crescimento máximo:
• Maior temperatura, onde ainda é possível o crescimento
FATORES FÍSICOS 
• TEMPERATURA
• Conforme a temperatura os microrganismos são classificados em 3 grupos:
• Psicrófilos : crescem em baixas temperaturas (-10 a 15ºC)
• Temperatura ótima de crescimento – 0 a 15ºC
• Mesófilos: crescem em temperaturas moderadas (10 a 50ºC)
• Temperatura ótima de crescimento – 25 a 40ºC ( maioria dos microrganismos patogênicos,
crescimento em estufa a 37ºC)
• Termófilos: crescem em altas temperaturas (40 a 70ºC)
• Temperatura ótima decrescimento – 50 a 60º C
• Termófilos extremos (hipertermófilos) – 68 a 110ºC (Arquibactérias – 80º C temp. ótima)
• vive em fontes de água quente associadas à atividade vulcânica; o enxofre normalmente é
importante na sua atividade metabólica.
• A temperatura mais alta conhecida para crescimento bacteriano e replicação é de cerca de
121°C perto de chaminés hidrotermais abissais.
FATORES FÍSICOS 
• pH
• Refere-se a acidez ou alcalinidade de uma solução. A maioria dos
microrganismos cresce melhor perto da neutralidade (pH 6,5 – 7,5).
• Poucas bactérias crescem em um pH ácido abaixo de 4
• Ex. Um tipo de bactéria quimioautotrófica, encontrada na água de drenagem das minas
de carvão e que oxida enxofre para formar ácido sulfúrico, pode sobreviver em pH 1.
• Bactérias acidófilas: alto grau de tolerância à acidez (pH 0,5 a 6,0)
• Bactérias neutrófilas: crescem em ambientes com acidez entre ( pH 5,5 a 8,5)
• Bactérias alcalófilas: crescem em ambientes com acidez entre (pH 9,0 e 10,0)
• Os fungos e as leveduras crescem em uma faixa maior de pH que as
bactérias, mas o pH ótimo dos fungos e das leveduras geralmente é
menor que o bacteriano, entre pH 5 e 6
FATORES FÍSICOS 
• PRESSÃO OSMÓTICA
• Os microrganismos obtêm a maioria
dos seus nutrientes da água
presente no seu meio ambiente.
• Portanto, eles requerem água para
seu crescimento, sendo que sua
composição (conteúdo celular) é de
80 a 90% de água.
• Pressões osmóticas elevadas têm
como efeito remover a água
necessária para a célula
Plasmólise: retração do volume da célula por perda de água, causado quando o meio extracelular é mais 
concentrado que no citoplasma da célula. 
FATORES FÍSICOS
• PRESSÃO OSMÓTICA
• O crescimento da bactéria é inibido quando a membrana plasmática se
separa da parede celular.
• Peixe salgado, mel e leite condensado são
preservados por esse mecanismo, sendo
que as concentrações elevadas de sal ou
açúcar removem a água fora de qualquer
célula microbiana presente e
consequentemente impedem seu
crescimento.
FATORES FÍSICOS
• PRESSÃO OSMÓTICA
• Não halófilos: não necessitam de
sal e não toleram a presença no
meio
• Halotolerantes: não necessitam
de sal mas toleram a presença no
meio
• Halófilos: necessitam de sal em
uma concentração moderada
• Halófilos extremos: necessitam
de sal em altas concentrações
FATORES QUÍMICOS
• ÁGUA 
• Essencial para o microrganismos – 80 a 90% do conteúdo celular.
• Ambiente com menor concentração de água:
• A bactéria desenvolve mecanismos para obter água através do aumento da 
concentração de solutos internos seja pelo bombeamento de íons para o 
interior da célula ou pela síntese de solutos orgânicos 
• Açúcares 
• Álcoois 
• Aminoácidos
FATORES QUÍMICOS
• FONTES DE CARBONO
• Essencial para a síntese de todos os compostos orgânicos necessários
para a viabilidade celular (elemento estrutural básico para os seres
vivos)
• Bactérias heterotróficas: obtém carbono a partir de matéria orgânica (viva ou
morta) como proteínas, carboidratos e lipídios.
• Bactérias autotróficas: obtém carbono a partir do CO2 (gás carbônico)
FATORES QUÍMICOS
• Além do carbono, as bactérias necessitam de outros elementos para 
sintetizar material celular. 
• Exemplo 1: Síntese de proteínas ----- precisa de Nitrogênio e enxofre
• Exemplo 2: Síntese de DNA, RNA e ATP ----- precisa de Nitrogênio e fósforo.
O Nitrogênio constitui cerca de 14% do peso seco da célula bacteriana 
Enxofre e fósforo constituem cerca de 4%
• O nitrogênio é utilizado para sintetizar os grupos aminos presentes 
nos aminoácidos
• Obtenção de Nitrogênio:
• Decomposição de matéria orgânica (proteínas, aminoácidos)
• Amônia 
• Nitrato 
FATORES QUÍMICOS
• ENXOFRE
• Utilizado na síntese de aminoácidos contendo ENXOFRE e vitaminas como
tiamina e biotina
• Fontes naturais de enxofre: íons sulfato, Sulfeto de hidrogênio e os
aminoácidos contendo enxofre.
• FÓSFORO
• Essencial para a síntese dos ácidos nucléicos e para os fosfolipídeos,
componentes da membrana celular.
• Fontes naturais de fósforo: Íons de fosfato, DNA, RNA e ATP.
FATORES QUÍMICOS
• POTÁSSIO, MAGNÉSIO E CÁLCIO 
• Também são elementos essenciais para os microrganismos 
• Utilizados como co-fatores para as reações enzimáticas da bactéria.
• ELEMENTOS TRAÇOS:
• Ferro, Cobre, Molibdênio e Zinco 
• Utilizados como co-fatores essenciais para atividades de algumas enzimas.
FATORES QUÍMICOS
• OXIGÊNIO
• Estamos acostumados a pensar no oxigênio molecular (O2) como um
elemento necessário à vida, mas em algumas circunstâncias esse elemento
pode se tornar um gás venenoso. Outrora, é importante no desenvolvimento
microbiano.
• Organismos classificados em:
• Aeróbios
• Estritos (obrigatórios): necessitam de O2
• Facultativos: não necessitam de O2 mas crescem melhor com O2
• Microaerófilos: necessitam de O2 mas em níveis menores
• Anaeróbios
• Aerotolerantes: não necessitam de O2 mas crescem melhor sem O2
• Anaeróbios estritos (obrigatórios): não toleram O2 (letal, toxico)
Teste de Catalase
Transposons
• São pequenos fragmentos de DNA (possuem 700 a 40.000 pares de bases de
comprimento) que podem se mover (ser “transpostos”) de uma região de uma
molécula de DNA para outra.
• Eles podem se mover de um local para outro no mesmo cromossomo, ou para o plasmídeo;
• Efeito devastador: à medida que os transposons se movem nos cromossomos,
eles podem se inserir dentro dos genes, tornando-os inativos – Mutação
espontânea
• Felizmente, a ocorrência da transposição é relativamente rara
• Transposons bacterianos podem conter genes para Enterotoxinas ou para a
resistência a antibióticos.
• Por exemplo, a resistência à vancomicina foi transferida de Enterococcus faecalis para
Staphylococcus aureus via um transposon denominado Tn1546. Os transposons são, então,
mediadores poderosos da evolução nos organismos
FIM