Nutrição e metabolismo Bacteriano

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NUTRIÇÃO E METABOLISMO 
BACTERIANO 
Monitor: Jessé de Oliveira 
Todos os micro-organismos necessitam de 
nutrientes para que possam realizar seu 
metabolismo, crescerem e se multiplicarem. 
Os nutrientes serão utilizados no 
metabolismo, na formação de compostos celulares 
e na obtenção de energia. 
Dentro de uma célula bacteriana ocorrem 
reações químicas catalisadas por enzimas, onde o 
conjunto de transformações da matéria orgânica é 
denominado metabolismo (catabolismo e 
anabolismo). 
As bactérias são formadas de substâncias 
químicas de vários tipos, os nutrientes, que são 
captados do meio ambiente e transformados nos 
constituintes celulares através do metabolismo. 
Esses nutrientes se dividem em 3 tipos: os 
macronutrientes, micronutrientes e fatores de 
crescimento, que são classificados de acordo com 
sua concentração e importância na célula. 
 
Macronutrientes: 
São exigidos em grandes quantidades pelas 
bactérias. 
Os elementos principais requeridos por todas 
as bactérias são o carbono, nitrogênio, enxofre e 
fósforo, que juntamente com o hidrogênio e 
oxigênio formam polímeros. O potássio, magnésio, 
cálcio, sódio e ferro são minerais essenciais para 
funções celulares. 
Carbono: corresponde a 50% do peso seco 
bacteriano. 
Existem várias formas químicas do carbono, 
e algumas fontes de C devem ser hidrolisadas fora 
da bactéria por enzimas extracelulares. 
Oxigênio: corresponde a 20% do peso seco da 
bactéria. 
É componente do material celular e água, e 
aceptor final de elétrons na resposta aeróbica. 
Pode ser obtido através da água, O2, 
compostos orgânicos, CO2. 
 
Nitrogênio: 12-14% do peso seco das células. 
É o componente principal das proteínas, 
ácidos nucleicos e outros. Podendo ser encontrado 
nas formas inorgânicas (NH4
+, NO-3, NO-2), 
nitrogênio gasoso (N2), compostos orgânicos 
(ureia, proteínas e aminoácidos). 
O nitrogênio gasoso constitui 78% da 
atmosfera terrestre e precisa ser reduzido a amônia. 
O glutamato e a glutamina são pontos críticos 
de entrada. 
 
Hidrogênio: 8% do peso seco. 
Pode ser obtido a partir da água e compostos 
orgânicos onde as moléculas de H são seus 
principais componentes. 
 
Fósforo: 3% do peso seco. 
É obtido através de fosfatos inorgânicos 
(PO4). Componente dos ácidos nucleicos, 
nucleotídeos, fosfolipídeos, lipopolissacarídeos 
(LPS) e ácidos teicóicos e do ATP. E alguns 
acumulam grânulos de volutina. 
 
Enxofre: 1% do peso seco. 
Obtido do sulfato (SO4), sulfeto de H (H2S), 
sulfeto (S-2) e compostos sulfurados orgânicos 
(cisteína, cistina e metionina). 
Componente de aminoácidos, coenzimas, 
proteínas (ferredoxina, enzimas de oxirredução 
atuando como cofator), aceptor final de elétrons. 
 
Potássio: 1% do peso seco. Obtido a partir de sais 
de potássio, sendo o principal cátion inorgânico, 
cofator para enzimas, importante para os 
ribossomos. 
 
Magnésio: 0,5% do peso seco. Obtido na forma de 
sais de magnésio. Atua como cofator e é 
componente da clorofila, estabiliza ribossomos e 
ácidos nucleicos. 
 
Cálcio: 0,5% do peso seco. Obtido pelos sais de 
cálcio (CaCl2). Importante cofator, componente 
dos endosporos (estabilidade ao calor), e ajuda a 
estabilizar a parede celular. 
 
Ferro: 0,2% do peso seco. Pode ser obtido por sais 
de Fe (FeS) ou hidróxido de Fe(OH)3. Tem papel 
importante na respiração celular (citocromos e 
proteínas Fe-S), além de ser componente de certas 
proteínas e cofatores. É ainda importante fator de 
crescimento para bactérias patogênicas. 
 
Sódio: é requerido por algumas bactérias 
(marinhas, arqueas halófilas). 
 
Micronutrientes: 
Elementos traços. 
Requeridos em quantidades mínimas ou 
muito pequenas, que são difíceis de medir ou 
determinar. 
Cofatores para várias enzimas. 
Exemplos: íons metálicos, manganês, 
cobalto, níquel, selênio, tungstênio, vanádio. 
 
Fatores de crescimento: 
Compostos orgânicos requeridos em baixas 
quantidades por bactérias que não podem sintetizá-
los. (É preciso oferecer no meio, nem que seja 
artificialmente) 
Divididas em 3 categorias principais: purinas 
e pirimidinas, aminoácidos e vitaminas 
(coenzimas). 
São ácidos graxos insaturados, colesterol, 
poliaminas, colinas etc. 
Mediante a presença dos nutrientes 
necessários, as bactérias irão crescer no habitat 
onde elas se encontrem, seja no ambiente, no 
hospedeiro, no alimento ou no meio de cultura. 
Algumas bactérias são mais exigentes do que 
outras. 
 
Metabolismo: 
Conjunto das reações catabólicas e 
anabólicas pelo qual uma bactéria obtém a energia 
e os nutrientes de que necessita para viver e se 
reproduzir. 
 
Enzimas: 
Têm função de catalisadores nas reações 
químicas que as bactérias irão realizar. 
Eficiência das enzimas: número de retorno 
(produto/segundos), e esse valor vai de 1-1.000. 
Componentes das enzimas: apoenzima (porção 
proteica), cofator/coenzima (porção não proteica), 
holoenzima (enzima completa com o substrato). 
 
• O substrato irá se ligar ao sítio ativo da 
enzima, formando o complexo enzima-
substrato, gerando dois produtos. 
• Fatores que influenciam a atividade 
enzimática: Temperatura (a atividade 
enzimática aumenta até certa temperatura, 
que depois irá desnaturar), pH (cada 
enzima possui uma faixa de pH ótimo, 
atividade catalítica máxima, pH maior ou 
menor a atividade decresce), concentração 
do substrato (quanto maior, maior será a 
atividade enzimática, (platô). 
• Um efetivo caminho para controlar o 
crescimento bacteriano é controlar suas 
enzimas através da inibição enzimática. 
• Os inibidores enzimáticos são: 
Competitivos (competem com o substrato 
pelo sítio ativo da enzima). 
Não-competitivos (se ligam a um sítio 
alostérico da enzima, que impede a ligação 
do substrato com a enzima, pois causa 
alteração conformacional). 
Inibição por retroalimentação ou 
inibição do produto final (o produto final 
da ligação enzima-substrato irá se ligar ao 
sítio alostérico de outra enzima). 
Ribozimas - tipo de RNA catalisador. 
Produção de energia: 
• Reações de oxidação e redução 
(Oxirredução) 
• (Importante para obtenção de ATP) 
• Ocorrem simultaneamente em reações que 
há tranferência de elétrons entre os atomos. 
• Oxidação: É a remoção de 1 ou mais 
elétrons de uma substâncias. 
• Redução: Corresponde à adição de 1 ou 
mais elétrons a uma substâncias. 
• (a molécula orgânica irá perder 2 elétrons) 
e redução. 
• Geração de ATP: fosforilação (adição de 
um “p” a um composto químico) em nível 
de substrato, oxidativa e fotofosforilação. 
Vias metabólicas de produção de energia: 
• Uma via metabólica é uma sequência de 
reações químicas enzimaticamente 
catalisadas ocorrendo em uma célula. 
Metabolismo dos carboidratos: 
• A maioria dos microrganismos oxida 
carboidratos como sua fonte primária de 
energia celular. 
 
Catabolismo dos carboidratos 
Glicólise (Embden-Meyerhof): Oxidação 
da glicose a ácido pirúvico. 
▪ (Sequência de 10 etapas, onde a glicose é 
gradativamente quebrada, para formar duas 
moléculas de ATP e duas de ácido 
pirúvico). 
▪ Vias alternativas à glicólise: 
▪ A oxidação da glicose pode ser feita pela 
Via pentose fosfato (ciclo hexose 
monofosfato) e Via Entner-doudoroff. 
▪ Via pentose fosfato (Ciclo hexose 
monofosfato). 
▪ Simultâneo à glicólise, que possui pentoses 
e glicose. 
▪ Produz importantes pentoses intermediárias 
utilizadas na síntese de ácidos nucleicos, 
aminoácidos. 
▪ Produz glicose a partir de CO2 na 
fotossíntese. 
▪ Importante produtora de NADPH e NADP. 
▪ Ex.: Bacillus subtilis, E. coli. Leuconostoc 
menseteroides e Enterococcus faecalis. 
 
• Via Entner-Doudoroff: 
▪ Bactérias que possuem as enzimas 
dessa via podem metabolizar a glicose 
sem a glicólise ou a via pentose fosfato. 
▪ 2 NADPH e 1 ATP/glicose. 
▪ Ex.: G(-) Rizobium, Pseudomonas e 
Agrobacterium. 
 
Respiraçãocelular: 
• Processo de geração de ATP na qual 
moléculas serão oxidadas, e o aceptor final 
de elétrons geralmente é uma molécula 
inorgânica. 
▪ Tem uma cadeia de transporte de elétrons. 
▪ Realiza respiração aeróbica (aceptor final 
de elétrons: O2) e anaeróbica (molécula 
inorgânica diferente de O2, e raramente é 
uma molécula orgânica). 
Respiração aeróbica: (Sequência de oito reações, 
o qual são obtidos vários aminoácidos, são 
gerados NADH e FD2). 
Ciclo de Krebs: É uma das etapas metábolicas da 
repiração celular aeróbica que ocorre na matriz 
mitocondrial. 
Promove a degradação final do metabolismo de C, 
L e A. 
Cadeia de transporte de elétrons: Ocorre na 
membrana citoplasmática, Se não tiver oxigênio, o 
ATP não é gerado pela quimiosmose (transporte de 
elétrons e a geração de energia (respiração 
aeróbica). Uma molécula de NADH, da origem a 
3 ATP e uma molécula de FADH2 dá origem a 2 
molécula de ATP. 38 ATP no total. 
Respiração anaeróbica: Fermentação (Processo 
químico, com ausência de oxigênio, que consiste na 
síntese de ATP sem o envolvimento da cadeia 
respiratória. 
Vias da fermentação → Dependem do 
microrganismo. 
Produto final da fermentação: Ácido lático, 
Etanol e CO2, Ácido propiônico, Ácido acético. 
Catabolismo dos lípidios: Lipídios → lipase 
(glicerol → Ácido pirúvico (Acetil-CoA e Ácido 
graxos → Acetil-CoA). 
Catabolismo das proteínas: 
Aquelas que são muito grandes para 
atravessarem a membrana plasmática. 
• Proteases e peptidases extracelulares 
atravessam a membrana. 
• Antes de serem catabolizados, serão 
enzimaticamente convertidos 
(desaminação, descarboxilação e 
desidrogenação) para que possam entrar no 
ciclo de Krebs (ácido orgânico). 
É a variedade nutricional e a versatilidade do 
metabolismo bacteriano que permitem sua 
presença nos mais diferentes habitats terrestres, 
seja em presença ou ausência de O2, de matéria 
orgânica ou inorgânica, seja na água, no solo, locais 
frios e quentes. 
Fotossíntese: Foto-luz, síntese – montagem de 
compostos orgânicos. 
Síntese de açucares → utilizando átomos de 
carbono a partir de CO2 → fixação dos carbonos. 
Acontece em duas etapas: 
➢ Reações luminosas: (depende da energia) 
fotofosrilação (síntese de ATP mediado 
pela luz) 
➢ Reações escuras: (independentes da 
energia) – Ocorre no meio do cloroplasto. 
 
Vias metabólicos de uso de energia (Anabolismo) 
→Biossíntese de polissacarídios 
→Biossíntese de lipídios 
→Biossíntese aminoácidos 
Via anfibólicas (ocorrem tanto catabolismo e 
anabolismo). 
➢ Glicólise e Ciclo de Krebs