Nutrição, Metabolismo e Crescimento Microbiano

Prévia do material em texto

Nutrição, Metabolismo e Crescimento Microbiano 
Reações Catabólicas e Anabólicas 
 
- Reações catabólicas são reações de 
quebra onde moléculas complexas são 
quebradas em moléculas simples, 
como glicose, aminoácidos, o glicerol 
e os ácidos graxos. Isso ocorre para 
que essas moléculas adentrem nas 
reações anabólicas. 
- As reações anabólicas, são reações 
em que há a transferência de ATP para 
moléculas complexas e liberam calor. 
Essas moléculas complexas serão 
novamente catabolizadas, para liberar 
calor e gerar ATP e assim manter o 
ciclo metabólico de um organismo 
vivo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
- Essas reações estão em constante 
balanço pra manter a homeostasia 
dos sistemas biológicos. 
 
Enzimas e Reações Químicas 
 
- Essas reações são reações 
enzimáticas nas quais acontecem 
reações químicas. 
- Toda reação química parte de 
reagentes que produzem produtos. Pra 
que essa reação química possa 
acontecer é necessário uma energia de 
ativação. Geralmente quando a reação 
é enzimática, a enzima atua como 
catalizador reduzindo essa energia de 
ativação tornando o processo reacional 
mais fácil, essa é a função de um 
catalizador. 
 
Classificação das Enzimas 
- As enzimas são classificadas de 
acordo com o tipo de reação que elas 
fazem. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ATP 
ADP + P 
Catabolismo Anatabolismo 
Moléculas simples 
Moléculas Complexas 
Calor 
liberado 
Calor 
liberado 
Classe Tipo de reação catalizada 
Oxirredutase
s 
Transferases 
Hidrolasess 
Liasess 
Isomerases 
Ligasess 
Oxidação-redução 
Transferência de grupos funcionais 
Reações de Hidrólise 
Remoção de grupos de átomos sem hidrólise 
Rearranjo de átomos dentro de uma molécula 
União de duas moléculas usando energia 
Componentes das Enzimas 
- As enzimas elas tem uma porção 
protéica inativa, que chamamos de 
apoenzima. 
- Essa apoenzima se liga a um outro 
fragmento que é uma porção não-
protéica chamada de cofator que 
geralmente são metais que também 
pode se associar as enzimas, se esse 
fragmento for de natureza protéica 
nós chamamos de coenzima. 
- Ao se ligar elas formam uma 
holoenzima que é uma enzima 
completa ativa. 
- As enzimas possuem um sitio ativo 
que é o local onde o substrato se liga 
para ativar pra que aconteça a 
transformação de reagentes em 
produtos. 
 
 
 
 
 
Fatores que influenciam a Atividade 
Enzimática 
 
 
- A partir do momento em que 
aumentamos a temperatura mais do 
que a enzima precisa, a atividade 
enzimática vai cair, pois esse aumento 
da temperatura irá desnaturar essas 
proteínas, isso faz com que ela perca a 
sua conformação ativa. 
- O pH do meio também influencia na 
atividade das enzimas, assim como a 
temperatura, existe um pH ótimo para 
as enzimas trabalharem. O aumento 
adicional de pH irá desnaturar as 
proteínas fazendo com que a atividade 
da enzima caia. 
- Como vimos antes, a enzima possui 
um sítio ativo que é o local de ligação 
do substrato e esse número de sítios 
ativos é limitado, então quando 
aumentamos a concentração do 
substrato, aumentamos a atividade 
enzimática, pois está aumentando a 
probabilidade do substrato se ligar 
com o sitio ativo, mas a concentração 
de enzimas no interior das bactérias é 
limitada, vai chegar um momento em 
que todos os sítios ativos das enzimas 
vão estar ocupados pelo substrato, 
quando isso acontece a atividade 
isomérica permanece constante. 
 
Essa reação segue o modelo chave-fechadura, para mais informações 
sobre ele, consultar o resumo de Bioquímica sobre Enzimas. 
Temperatura pH Concentração do substrato 
Inibidores 
- Outro fator que também inlfuencia 
é se tem a presença de inibidores 
enzimáticos e esses inibidores podem 
ser competitivos, não-competitivos e 
aqueles inibidores por fenômeno de 
retroalimentação. 
 
 
 
- O inibidor competitivo é uma 
substancia que tem característica que 
permite que ele se ligue no sitio ativo 
da enzima e espessa a ligação do 
substrato, impedindo então a reação 
de acontecer. 
- Os inibidores não-competitivos ou 
alostéricos, são aqueles inibidores que 
se ligam em um sito que não é o sitio 
ativo, fazendo com que a enzima 
mude a sua conformação do sitio 
ativo e impeça a ligação do 
substrato. 
- Os processos de inibição por 
retroalimentação é quando temos uma 
cascata enzimática e o produto final 
dessa cascata, quando os níveis estão 
adequados do organismo para 
desempenhar a sua função ela vem e 
inibi uma enzima que meio que 
bloqueia o processo até que os níveis 
caiam e aquele produto tenha que ser 
produzido novamente. 
 
 
 
Metabolismo Microbiano 
- Nós temos nutrientes que irão 
entrar na via metabólica e irão 
produzir subunidades estruturais e 
energia, essas vias metabólicas são 
integradas e irão favorecer o 
crescimento bacteriano ou permitir que 
algumas espécies de bactérias se 
locomovam ou possam produzir 
luminescência. 
 
 
 
 
Inibidor 
competitivo 
Enzima 
Inibidor não-
competitivo 
Sítio 
aloestérico 
Substrato 
Sítio ativo 
Sítio Ativo 
alterado 
Esse mecanismo funciona como feedback. Para mais informações, 
consultar o resumo de Fisiologia sobre Homeostasia. 
Nutrientes Metabolismo 
Subunidades 
estruturais 
Crescimento 
bacteriano, 
motilidade, 
luminescência. 
Energia 
- Nesse processo nós temos os 
Elementos plásticos que são 
elementos fonte de: carbono, 
nitrogênio, fosfato, enxofre. 
- Temos também Elementos Traço 
que são os metais Ca, K, Fe, Mo, Mn, Mg, Zn, 
Co, que participarão como cofatores de 
enzimas. 
- Algumas espécies de 
microorganismos precisam de fatores 
de crescimento. 
- Todos esses elementos anteriores 
entrarão nas vias metabólicas que 
fazem uso de biossíntese e degradação 
de carboidratos, aminoácidos, bases 
nitrogenadas, ácidos graxos e que vão 
desempenhar as funções celulares. 
 
 
Exigências Nutricionais 
 
- Nesse processo podemos classificar 
os microorganismos não só eles, mas 
também os seres vivos, quanto a suas 
exigências nutricionais. 
- Existem microrganismos que são 
autotróficos que se desenvolvem em 
meios de cultivo constituídos por 
compostos inorgânicos simples, cuja 
fonte de carbono é o Co2. 
- Existem os heterotróficos que para 
se desenvolverem precisam da presença 
de compostos orgânicos no meio de 
cultivo, sua fonte de carbono são os 
compostos orgânicos. 
- Os seres auxotróficos que são 
mutantes, são microorganismos que 
sofreram um processo de modificação 
genética e passaram a exigir um 
Fator de Crescimento que não é 
exigido na célula parental. 
- Temos os Fotoautotróficos quando a 
fonte de energia é a luz e a fonte de 
carbono é o Co2. 
- Foto-heterotróficos quando a fonte de 
enrgia é a luz e a fonte de carbono, 
são substancias orgânicas. 
- Quimioautotróficos, cuja fonte de 
energia é a oxidação de substâncias 
inorgânicos e a fonte de carbono é o 
Co2. 
- Quimio-heterotróficas, quando a 
fonte de energia é a oxidação de 
substâncias orgânicas e a fonte de 
carbono substâncias orgânicas. 
- Geralmente as fontes de energia que 
são doadoras de elétrons são o sol em 
associação com pigmentos 
fotossintéticos e moléculas orgânicas 
como glicose, enxofre elementar, 
amônia ou gás hidrogênio que irão 
produzir elétrons e utilizados para a 
produção de ATP e esses elétrons 
também entram em vias 
transportadoras de elétrons que são o 
NADP+, NAD+, FAD, pra gerar mais ATP. 
- Teremos a participação também de 
moléculas aceptoras finais de elétrons 
que podem ser o oxigênio quando os 
organismos fazem respiração 
aeróbica, grupos nitrato, grupos 
sulfato quando esses organismos 
fazem respiração anaeróbica e 
compostos orgânicos quando esses 
organismos fazem fermentação 
anaeróbica. 
 
Vias metabólicas de Produção de 
Energia 
- São as vias catabólicas. 
Metabolização de Carboidratos: 
- A via metabólicapreferencial é a 
via da glicólise, a via de Embden-
Meyerhof. Onde teremos a quebra 
da glicose para gerar 2 moléculas de 
ácido pirúvico, 2 moléculas de ATP e 2 
NADH. 
- Ainda existem espécies de 
microorganismos que utilizam a via 
Entner-Doudoroff. Ela também 
produz 2 ácidos pirúvicos mas só 
produz 1 molécula de ATP e 2 NAH. Ela 
é energeticamente mais desfavorável, 
ela é uma via opcional. 
- Existem outras espécies de 
microorganismos que metabolizam 
pentoses na via da Pentose Fosfato 
produzindo frutose-6-fosfato e que pode 
adentrar na via preferencial pra 
produzir 2 moléculas de ácido pirúvico 
e 2 ATP, mas nessa via gasta-se 1 ATP, 
então por essa via o saldo final será, 
2-1=1 ATP. Essa é uma via 
complementar. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Diferença entre Respiração e 
Fermentação 
- Na respiração, a molécula de 
glicose ela vai ser convertida em ácido 
pirúvico, vai produzir as moléculas que 
irão adentrar o ciclo de Krebs que 
produz ATP, vai produzir também os 
Carboidratos 
Glicose “Pentoses” 
Via de Entner-
Dodoroff 
Via de Embden-
Meyerhof 
Via da Pentose fosfato 
Frutose-6-fosfato 
2 Ác. Pirúvico 2 Ác. Pirúvico 
1 ATP + 2NADH 2 ATP + 2NADH -1 ATP + 2NADH 
 
intermediários que entram na cadeia 
respiratória pra geração de mais ATP. 
- Em uma bactéria, o processo de 
cadeia de transporte de elétrons, não 
gera 34 ATP’s, mas sim 38 ATP’s. Em 
uma célula eucariótica ela acontece no 
interior da mitocôndria e os 36 ATP’s 
quando são produzidos no interior da 
mitocôndria pra eles serem utilizados 
pela célula como fonte energética tem 
que ser bombeados para fora da 
mitocôndria, gastando-se assim 2 ATP’s 
ficando 34. Em uma célula 
procariótica, tudo ocorre no 
citoplasma, não existe esse gasto 
então o saldo final será 38 ATP’s. 
- Já na fermentação, uma molécula 
de glicose será convertida a ácido 
pirúvico e esse ácido vai permitir a 
formação de produtos e essa 
fermentação pode ser, fermentação 
lática, alcoólica, proprionica, butírico, 
entre outros. Com a fermentação 
podemos produzir cerveja, lacticínios, 
vinagre, é útil na produção de vários 
tipos de alimentos... 
 
Metabolização dos Lipídeos 
- Os lipídeos irão sofrer a ação da 
lípase que irá degradar esse lipídeo 
em glicerol e ácido graxo. 
- Esse glicerol será convertido em 
diidroxiacetona fosfato, depois em 
gliceraldeido-3-fosfato e pode entrar na 
via glicolítica para a geração de ácido 
pirúvico que atuará no ciclo de 
Krebs. 
- Os ácidos graxos por sua vez, sofrem 
beta oxidação pra produzir acetil 
coenzima e atuar no ciclo de Krebs. 
 
Metabolização das proteínas 
- As proteínas são quebradas em 
aminoácidos, onde alguns tipos de 
aminoácidos poderão ser convertidos a 
acido pirúvico, em acetil coenzima a e 
alguns deles podem entrar diretamente 
no ciclo de Krebs. 
 
Testes Bioquímicos e Identificação 
Bacteriana 
- Existem espécies bacterianas que 
fazem reações de descarboxilação e 
fermentação. 
- Quando as bactérias fermentam por 
exemplo lactose, elas irão produzir 
ácido lático e Co2 isso pode ser 
observado pela mudança de coloração 
do meio e pela formação de bolhas. 
- As espécies de bactérias que 
descarboxilam, muda o pH do meio 
podendo ser visto pela mudança na 
coloração. Esse processo é utilizado 
na identificação de algumas bactérias 
do laboratório. 
 
 
Vias metabólicas de uso de energia 
 
Biossíntese de Polissacarídeos 
- Quando existe um excesso de 
carboidratos, uma parte do ATP 
utilizado, uma parte dos carboidratos 
que participam do metabolismo, 
podem ser estocados em grânulos de 
glicogênio, isso acontece tanto nas 
bactérias quanto nos animais. 
- Alguns desses carboidratos também 
podem ser utilizados na formação da 
parede célula das bactérias, os 
peptideoglicanos. 
 
Biossíntese de Lipídeos Simples 
- O glicerol e os ácidos graxos podem 
produzir gotículas de lipídeos que 
ficam dispersos no citoplasma pra ser 
utilizado posteriormente como fonte de 
energia para as bactérias. 
 
 
Biossíntese de Aminoácidos 
- Alguns aminoácidos irão sofrer 
reações de processo de transaminação 
para produção de algumas estruturas 
importantes para a defesa das 
bactérias e para o metabolismo 
bacteriano. 
 
Biossíntese de Nucleotídeos de 
Purina e Pirimidina 
- Alguns aminoácidos produzidos na 
via glicolítica e no ciclo do acido 
cítrico como glicina, glutamina, ácido 
aspártico, pentoses que são 
carboidratos, eles vão entrar na 
composição dos nucleotídeos puricos e 
pirimídicos que vão entrar na 
composição do DNA e do RNA da bactéria 
que é importante para o processo de 
reprodução bacteriana. 
 
Características do Crescimento 
Bacteriano 
- Uma bactéria se divide por fissão 
binária, ou seja, a partir de uma 
célula serão produzidos duas células. 
 
- O tempo de geração nas espécies 
bacterianas em geral é de cerca de 15 
a 30 minutos, é um crescimento 
exponencial. 
- O aumento da população bacteriana 
ocorre em progressão geométrica e 
ocorre a formação de populações 
extremamente elevadas em curto 
espaço de tempo. 
 
Curva de Crescimento bacteriano 
 
- Fase lag, é a fase de adaptação das 
bactérias no período de incubação. 
- Fase log ou de crescimento 
exponencial é a fase em que as 
bactérias estão se multiplicando. 
- Fase estacionaria, é a fase em que 
as bactérias começarão a competir 
por nutrientes, pois a quantidade de 
nutrientes que tem no meio de cultura 
é limitado fazendo com que o numero 
de bactérias que nasce é o mesmo das 
que morrem, chegando assim a uma 
fase estacionária. 
- Chega um momento em que os 
nutrientes vão acabando e as bactérias 
vão morrendo, essa fase é chamado de 
fase de morte celular ou de declíneo. 
 
Fatores que Influenciam o 
Crescimento Microbiano 
- Nutrientes Essenciais do meio 
- Temperatura 
- Atmosfera, se é oxigênio ou co2 
- pH 
- Osmolaridade, concentração de sal do 
meio. 
 
Classificação segundo a temperatura 
de crescimento 
- Psicrófilo: Bactérias que crescem em 
baixas temperaturas. 
- Mesófilo: Bactérias que crescem a 
uma temperatura intermediária. 
- Termófilo: Bactérias que crescem em 
altas temperaturas. 
- Hipertermófilo: Bactérias que 
crescem em temperaturas extremamente 
altas. 
 
 
 
- 
 
 
 
 
 
- Para nós que trabalhamos na área 
da saúde, as bactérias mesófilas são 
as mais importantes, pois são aquelas 
bactérias que crescem em uma 
temperatura parecida com a nossa. 
Podemos classificar os 
microorganismos segundo o tipo 
respiratório. 
 Aeróbicos obrigatórios: 
Somente crescimento 
anaeróbico, necessita de 
oxigênio. Se cultivarmos em 
um tubo de ensaio, veremos 
que elas ficarão na 
superfície onde se concentra 
a maior parte do oxigênio. 
 Anaeróbicos facultativos: 
Crescimento aeróbico e 
anaeróbico, aumento do 
crescimento na presença de 
oxigênio. Geralmente 
crescem em todo o tubo de 
ensaio. 
 Anaeróbicos obrigatórios: 
Somente crescimento 
anaeróbico, não há 
crescimento na presença de 
oxigênio. Irão crescer no 
fundo do tubo de ensaio. 
 Anaeróbicos aerotolerantes: 
Somente crescimento 
anaeróbico, mas continua na 
presença de oxigênio. Seu 
crescimento é bem parecido 
com as anaeróbicas 
facultativas. 
 Microaerófilos: Somente 
crescimento aeróbico, 
necessidade de oxigênio em 
baixas concentrações. Se 
concentrarão no meio do tubo 
de ensaio. 
 
Cultivo de Bactérias Anaeróbicas 
- É necessário criar uma atmosfera 
anaeróbica, sem oxigênio, pra criar 
isso nós utilizamos recipientes onde 
colocamos os meios de cultura e 
reagentes pra produzir CO2 ou 
hidrogênios, geralmente é utilizado 
bicarbonato de sódio e borohidreto de 
sódio, eles têm indicadores de 
anaerobiose que consomem o oxigênio 
e produzem uma atmosfera propícia 
para o crescimento de anaerobicos. 
 
 
 
- Em laboratórios mais simples esse 
meioanaeróbico é feito a partir de 
um recipiente, onde dentro estarão os 
meios de cultura, uma vela acesa, ao 
fechar o recipiente a vela irá consumir 
todo o oxigênio quando isso 
acontecer, ela apaga e o ambiente 
assim estará todo anaeóbico. 
 
 
 
 
Classificação Segundo o pH 
 
Ácido Neutro Alcalino 
Acidófilas 
(1,8-5) 
Neutrófilas 
(5-9) 
Alcalófilas 
(9-11) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Classificação Segundo a 
Osmoralidade 
 
- Não Ilalófilos: Não toleram 
grandes concentrações de sais. Por 
essa razão usamos sal para conservar 
a carne de alguns microorganismos. 
- Halófilos Moderados: Temos como 
exemplo organismos marinhos, eles 
toleram certa quantidade de sal. 
- Halófilos Extremos: Temos como 
exemplo a Halobacterium que cresce 
em altíssimas concentrações de sal, 
elas produzem pigmentos em alguns 
lagos. 
 
Bactérias 
Fermentadoras: 
Lácticas 
Acéticas 
Propiônicas 
Escherichia coli 
Staphylococcus 
aureus 
Clostridium 
botulinum 
Salmonella sp. 
Alcaligenes faecalis 
Vibrio cholerae 
Vibrio 
parahaemolyticus 
Agrobacterium 
Meios de Cultura 
 
Tipo Finalidade 
Quimicamente 
definido 
Crescimento de 
quimioautotróficos e 
autotróficos e análises 
microbiológicas. 
Complexo Crescimento da maioria 
dos organismos quimio-
heterotróficos. 
Redutor Crescimento de 
anaeróbicos obrigatórios. 
Seletivo Impedir o crescimento de 
micorganismos não 
desejados, favorecer o 
crescimento do organismo 
de interesse. 
Diferencial Diferenciar as colônias do 
organismo de interesse dos 
outros organismos. 
Enriquecimento Semelhante ao seletivo, 
mas com a característica 
importante de aumenta o 
numero de bactéria de 
interesse tornando-a 
detectável. 
- Cada meio de cultura possui uma 
composição química pré estabelecida e 
favorece o crescimento de alguns tipos 
às vezes de bactérias. 
- Temos como exemplo o Agar 
Brolacin, esse meio de cultura tem 
um indicador de pH que permite ver 
se a bactéria fermenta a lactose 
ou não. Se fermentar a coloração do 
meio ficará azul se não fermentar, fica 
amarelado. 
- Temos ainda o Agar sangue, ele 
contém sangue e permite verificar se a 
bactéria que cresceu lá no meio de 
cultura produz hemólise, podemos ter 
hemólise beta, alfa, hemólise gama 
quando não acontece hemólise. 
 
Métodos para Quantificar o 
Crescimento Microbiano 
- Método das Diluições Seriadas e 
Contagem em Placa. 
- Método da Contagem em Placa. 
- Método de Filtração. 
- Método da Contagem Direta ao 
Microscópio. 
- Método da Turbidimetria (Método 
indireto). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
positiva