Fisiologia Bacteriana

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Fisiologia Bacteriana 
 
Tipos nutricionais 
• Quanto à fonte de carbono 
 Autotróficas – A única fonte de carbono é o CO2, não fazem decomposição 
de substâncias orgânicas. 
 Heterotróficas – Fazem decomposição de compostos orgânicos. 
 
• Quanto à fonte de energia 
 Autotróficas 
Não causam infecções mas podem causar doenças por toxinas. 
❖ Fotolitotróficas – Luz 
❖ Quimiolitotróficas – Compostos inorgânicos como nitrito, nitrato e 
enxofre. 
 
 Heterotróficos 
❖ Fotorganotróficos – Luz 
❖ Quimiorganotróficos – Compostos orgânicos 
 
• Cianobactérias 
São autotróficas e fotolitotróficas, habitam ambientes aquáticos e possuem 
morfologia variada. Causam doenças devido à cianotoxina, toxina intracelular, 
geralmente peptídeo ou alcalose, que é liberada a partir da lise da cianobactéria. 
As florações são causadas devido ao excesso de nutrientes, como nitrogênio 
e fósforo, em reservatórios de água. As cianobactérias são termo resistentes, 
ou seja, não são inativadas pelo calor. 
A principal forma de exposição é pela ingestão de água contamina ou por 
aspiração. Os principais usos comerciais são como fertilizantes e pela Spirulina. 
 
 Microcistinas 
Peptídeo que atua como hepatotoxina, causando comprometimento hepático 
uma vez que desorganiza o citoesqueleto dos hepatócitos, doses crônicas 
podem causar tumor hepático. 
 
 Anatoxina – A 
Neurotoxina. 
 
 Saxitoxina 
Neurotoxina alcaloide que se liga seletivamente ao canal de sódio e bloqueia 
o estímulo nervoso. Pode agravar a má formação causada pelo ZIKV. 
 
 Lingbiatoxina 
Dermatotoxina alcaloide que provoca irritação cutânea por contato. 
 
Nutrientes 
• Essenciais 
 Macronutrientes 
São os principais e necessários em grandes quantidades (cerca de 90%) por 
serem os principais constituintes dos compostos orgânicos celulares. São 
fontes de carbono, nitrogênio, hidrogênio, fósforo, oxigênio e enxofre. 
 
 Micronutrientes 
São elementos traços, geralmente de origem mineral. Não precisam estar 
presentes no meio de cultura, somente se a bactéria for exigente, fastidiosa. 
Atuam como componentes de proteínas, osmorreguladores e cofatores 
enzimáticos. 
 
• Não essenciais 
São utilizados se presentes, mas sua ausência não inviabiliza o crescimento 
bacteriano. 
 
Cultivo de bactérias 
 É a base para o estudo das bactérias. Permite o isolamento em cultura pura, 
identificação da espécie, testes de susceptibilidade a antimicrobianos e muito 
mais. 
 
• Observações 
 Algumas bactérias crescem sem exigências nutricionais, como a 
Escherechia coli, que necessita somente de glicose e sais minerais. 
 
 Podem requerer fatores de crescimento, exigido para seu crescimento, 
mas que não é sintetizado pela própria bactéria, deve ser fornecido. É o 
caso da Haemophilus influenzae, que exige um fato X (hemina) e um fator 
V (NAD). Esse tipo de bactéria é chamada de fastidiosa. 
 
 Bactérias que antes não exigiam certo fator, mas depois necessita dele, 
se diferenciando da espécie original é chamada de prototrófica. São 
mutantes auxotróficos. 
 
 Existem bactérias não cultiváveis, como o Treponema pallidium e 
Mycobacterium leprae. 
 
 Algumas bactérias não são cultiváveis em meios convencionais. 
❖ Chlamydia é incapaz de gerar ATP. 
❖ Ricketssia é dependente de produtos do metabolismo celular 
 
 Algumas bactérias necessitam de suplemento de CO2, são chamadas de 
capnofílicas, como a Neisseria. 
 
Entrada de nutrientes que estão em solução na célula bacteriana 
 Para os nutrientes entrarem na bactéria devem atravessar diversas 
barreiras. 
 
• Parede celular 
 Gram positiva – Não constitui barreira à passagem de moléculas em 
solução. 
 
 Gram negativa – Constitui uma barreira parcialmente seletiva devido à 
composição da membrana externa e presença de porinas. 
 
 Micobactérias – Possui parede celular muito hidrofóbica, sendo a 
passagem de nutrientes muito lenta devido à camada de ácidos micólicos. 
Algumas podem ter crescimento rápido, em 7 dias, enquanto outras 
demoram cerca de 15-20 dias, com crescimento lento. 
 
 
• Exoenzimas hidrolíticas 
Degradam macromoléculas para que o nutriente possa chegar ao 
citoplasma. Em G+ essas enzimas são produzidas no citoplasma e liberadas no 
meio extracelular, atuando na quebra. Já em G- as exoenzimas são 
armazenadas no espaço periplasmático. 
Podem atuar na virulência da bactéria, em que hialuronidases, proteases e 
colagenases causam desorganização de tecidos dos hospedeiros. Também 
atuam na inativação de antimicrobianos, é o caso das betalactamases, como a 
penicilinase, que atua no anel betalactâmico de drogas lactâmicas. 
 
• Membrana citoplasmática 
É a estrutura que apresenta permeabilidade seletiva. A entrada do nutriente 
no citoplasma pode se dar por difusão simples, difusão passiva, com auxílio das 
permeases, e transporte ativo. 
 
Metabolismo heterotrófico 
 Ao chegar o citoplasma, o nutriente será metabolizado de modo a permitir o 
crescimento bacteriano. O crescimento bacteriano infere no aumento do 
número de indivíduos, população. 
 O metabolismo engloba todas as reações que ocorrem na célula, tanto as 
associadas à produção de energia, quanto as que utilizam a energia gerada para 
a biossíntese. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
• Metabólitos secundários 
Não possui papel direto no crescimento ou reprodução da bactéria, sua 
ausência não causa nenhum impedimento. 
A endotoxina é um metabólito primário, uma vez que atua como componente 
básico de bactérias Gram negativas. Já exotoxinas são metabólitos secundários. 
 
• Coenzimas 
Atuam como moléculas carreadoras de átomos de hidrogênio. 
 
 
 
• A produção de energia 
Caracterizada pelo aceptor final de elétrons. 
 Oxidação aeróbia 
❖ Respiração aeróbia – Degradação completa do composto, o aceptor 
final de elétrons é o oxigênio na cadeia respiratória que ocorre na 
membrana celular. 
 
 Oxidação anaeróbia 
❖ Respiração anaeróbia – Degradação parcial. Processo em que um 
substrato reduzido transfere elétrons para a cadeira de transporte 
eletrônico para um aceptor final que é um produto exógeno diferente 
de oxigênio. 
 
❖ Fermentação – Degradação parcial do substrato. O aceptor de 
elétrons é um composto orgânico do próprio metabolismo bacteriano, 
como o ácido pirúvido. 
 
• Processos de produção de energia em heterotróficos 
 Fosforilação ao nível do substrato – Ocorre no citoplasma e transfere 
fósforo para o ADP, formando ATP e um novo substrato. 
 
 Fosforilação oxidativa – Ocorre na membrana celular, é o processo de 
quimiosmose. A força próton-motriz do gradiente de H+ é utilizada para 
gerar ATP na cadeia de transporte eletrônico. 
 
• Catabolismo 
 
 
 
Catabolismo de carboidratos e vias glicolíticas 
 A glicose é o carboidrato mais abundante na natureza e pode ser encontrada 
na sua forma livre ou como componente de dissacarídeos e polissacarídeos. 
Algumas bactérias são não sacarolíticas, ou seja, não degradam glicose. 
 
• Vias catabólicas 
 
 
 
A via das pentoses não armazena a energia em ATP, mas gera poder redutor 
na forma de NADPH, produzindo até 12 coenzimas. Seus intermediários são vias 
de entrada para a EMP. 
A via glicolítica mais difundida é a via de Embden-Meyerhorf-Parnas, a 
glicólise. Esta via independe do oxigênio e a partir de uma hexose origina duas 
trioses oxidadas e reorganizadas em duas moléculas de ácido pirúvico. O ácido 
formado pode ser catabolizado por meio de fermentação, respiração aeróbia ou 
respiração anaeróbia. 
 
 Fermentação 
A partir do ácido pirúvico são formados produtos mais reduzidos, como 
álcoois, ácidos, acetona e acetoína. O aceptor final de elétrons é um composto 
orgânico do próprio metabolismo. O substrato é degradado parcialmente e a 
fosforilação ocorre a nível do substrato, gerando 2 ATPs. 
Pode ser usada para diversas aplicações industriais.Alguns produtos da 
fermentação são prejudiciais e podem contribuir para danos ao tecido e 
deterioração de alimentos. Já alguns produtos são utilizados para identificar 
bactérias, como por meio do teste de vermelho metila para identificar 
enterobactérias. 
A putrefação consiste em um tipo de fermentação que ocorre a partir da 
degradação exclusiva de proteínas. 
 
❖ Alcoólica – Ocorre principalmente em fungos, uma das bactérias que 
realiza essa fermentação é a Zymomonas mobilis. 
 
❖ Homolática – Pode ser usada na produção de alimentos e causa cárie. 
A partir da metabolização de sacarose, a bactéria Streptococcus 
mutans gera um composto chamado dextrana que se fixa no esmalte 
do dente. Assim, é formado o biofilme, que leva à formação de cárie e 
aderência de diversas bactérias que realizam fermentação lática. É 
formado ácido lático que promove redução de pH para cerca de 4,5. 
Ocorre corrosão do esmalte dentário, causando, enfim, a cárie. 
 
❖ Ácida mista – Gera diversos ácidos e causa a deterioração de 
alimentos. 
 
❖ Fórmica 
 
❖ Butanodiólica – Gera compostos neutros. 
 
❖ Propiônica – Principal produto é o ácido propiônico. Utilizado na 
produção de queijo suíço. 
 
❖ Butírica-Butílica – Deteriora queijos e manteigas. 
 
❖ Acética – Principal produto é o ácido acético. 
 
 Respiração aeróbia 
Ocorre em três etapas: ciclo de Krebs, cadeia de transporte eletrônico e 
fosforilação oxidativa. O aceptor final de elétrons é o oxigênio e o substrato é 
totalmente degradado. Precisa de oxigênio para ocorrer a fosforilação oxidativa 
e gera 38 ATPs de saldo energético. 
 
 Respiração anaeróbia 
O piruvato gera substratos reduzidos que entram em uma cadeia de 
transporte eletrônico até o aceptor final de elétrons, que é um produto exógeno 
diferente do oxigênio. Para ocorrer não deve existir O2 no meio, acontece por 
fosforilação oxidativa e causa degradação parcial. 
 
Principais fatores químicos e físicos que afetam o crescimento 
bacteriano 
• Atmosfera (oxigênio e potencial de oxiredução) 
 Aeróbios estritos – Exigência de O2 
 
 Anaeróbios facultativos – Crescimento em presença ou ausência de O2, 
agrupam a maioria das bactérias de importância médica. 
 
 Microaerófilos – Exigem baixa concentração de O2, por exemplo: 
Helicobacter pylori e Campylobacter. 
 
 Anaeróbios obrigatórios – Inibidos ou mortos na presença de O2, uma vez 
que não possuem enzimas que degradam as formas tóxicas do oxigênio. 
Também exigem baixo potencial de oxirredução, ou seja, baixo pH. 
❖ Estritos – Não crescem com mais de 0,5% de O2 e morrem em poucos 
segundos se expostos ao ar. 
❖ Moderados – Sobrevivem várias horas ao O2. 
❖ Extremos – Só crescem com menos de 0,03% de O2. 
 
 Aerotolerantes – Não utilizam O2, mas suportam sua presença. Têm 
metabolismo fermentativo. 
 
 Reações enzimáticas de degradação das formas tóxicas do O2 
❖ Catalase 
❖ Superóxido dismutase 
❖ Peroxidase 
 
 Cultivo de anaeróbios 
❖ Em meio de cultura com agente redutor do O2, como o tioglicolato de 
sódio. 
❖ Em jarras de anaerobiose 
❖ Em câmaras de anaerobiose com luvas. 
 
• pH 
A maioria dos microrganismos requer valores próximos da neutralidade. A 
proliferação em valores extremos é restrita a poucas espécies. O pH 
intracelular geralmente é mantido próximo da neutralidade. 
 Acidófilas – 1 a 5. 
 
 Acidófilas obrigatórias – 1 a 5, incapazes de crescimento em pH neutro 
por causa da desestabilização da membrana. 
 
 Neutrófilas – 5,4 a 8,5. A H. pylori é neutrófila e para viver no estômago 
humano produz a enzima urease, que converte ureia em amônia, de 
forma a aumentar o pH. 
 
 Alcalóficas – 9 a 11. 
 
 
• Temperatura 
Para cada microrganismo existe temperatura mínima, temperatura ótima e 
temperatura máxima. 
No frio a bactéria sobrevive, mas não cresce. No calor extremo tem suas 
proteínas desnaturadas. 
 Psicrófilas – Menos de 20º C. 
 
 Psicrófilas verdadeiras – A temperatura máxima é de 20º C. 
 
 Psicrotróficas – Crescem bem em temperatura de refrigeração, mas 
também acima de 30º C. 
 
 Mesófilas – 25 – 40º C. Algumas mesófilas sobrevivem a mais de 100º C 
porque há produção de esporo. Já outras morrem na temperatura de 100º 
C mas seus metabólitos, como toxinas, são termorresistentes. 
❖ Termodúricas – Mesófilas que conseguem crescer em temperatura 
maior que 50º C. 
 
 Termófilas – 50 – 60º C. 
 
 Hipertermófilas – Acima de 80º C. 
 
 
 
• Pressão osmótica 
A osmolaridade interna geralmente é elevada em relação ao meio. Quando a 
externa é muito elevada a bactéria pode ser inibida ou sofrer morte por 
plasmólise. 
Alimentos eram salgados para conservação uma vez ocorria aumento da 
pressão osmótica e, consequentemente, menor atividade da água, já que sua 
quantidade livre disponível era diminuída. 
 
 Halotolerantes – Toleram elevadas concentrações de NaCl, como 
Staphylococcus. 
 
 Halofílicas – Não se desenvolvem em meio sem NaCl. 
❖ Vibrio parahaemolyticus – Causa infecção intestinal pelo consumo de 
frutos do mar sem cozimento, contaminação cruzada com vegetais. 
❖ V. vulnificus – Contamina ferida pela água do mar, pode ser ingerida. 
Tem alta mortalidade. 
 
 Halofílicas extremas – Halococcus 
 
Reprodução 
Principal modo de reprodução é a fissão binária. 
 
 
Ocorre o alongamento da célula, replicação do DNA e formação de um 
septo que divide a célula em duas. 
O crescimento das clamídias ocorre em ciclo bifásico. 
 
 
 
 
 
• Tempo de geração (TG) 
É o tempo de iniciar e terminar a reprodução, depende de fatores genéticos 
e nutricionais. Algumas bactérias possuem TG muito curtos, como a Escherichia 
coli (20 minutos) e outras TG muito longos, como a Mycobacterium tuberculosis 
(24 horas). O TG da bactéria pode determinar se a infecção seguirá um curso 
agudo (TG curto) ou crônico (TG longo) 
 Conhecendo o TG é possível determinar o número de bactérias após um 
determinado período. 
 
Xt = X0 . 2n em que n é o número de gerações 
 
n = log células finais – log células iniciais 
 log 2 
 
TG = t . no horas (final) 
 no de gerações 
 
• Curva de crescimento 
Quando uma bactéria é semeada em meio líquido, o seu crescimento segue 
uma curva definida e característica, com 4 fases: 
1. Lag – Fase de adaptação, praticamente não há divisão celular. 
2. Log – Divisão regular em velocidade máxima e constante, crescimento 
exponencial. 
3. Estácionária – Taxa de crescimento igual a zero, ocorre divisão celular mas 
se iguala ao número de morte. 
4. Declínio – Decréscimo da população.