Aula 2 - Nutrição, Crescimento e Metabolismo Bacteriano

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Ana Júlia Ornelas Piedade - MED 104 Aula 2 - 09/08
Nutrição, Crescimento e Metabolismo Bacteriano
Os microrganismos necessitam para o seu crescimento:
❖ Nutrientes;
❖ Condições Ambientais favoráveis - parâmetros fisiológicos (temperatura, pH, concentração de íons);
❖ Vias para obtenção de energia;
❖ Meio de cultura: é um componente preparado em laboratório, onde dentro dele há vários componentes
que vão permitir o crescimento das bactérias;
❖ Colônias Bacterianas: é um concentrado de células bacterianas que cresceram naquele meio;
Nutrientes
❖ Macronutrientes: são elementos requeridos em grandes quantidades por causa da importância
metabólica e nutricional para a viabilidade da célula bacteriana;
❖ Micronutrientes: não são requeridos em grande necessidade. Fazem parte desse grupo, principalmente,
os metais, que são essenciais na funcionalidade de algumas enzimas;
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❖ Fatores de Crescimento:
● São exigidos em pequenas quantidades como os micronutrientes;
● São substâncias orgânicas exigidas pelos microrganismos que não podem ser sintetizadas a
partir de seus nutrientes;
● Se não soubermos quais fatores são favoráveis para determinada bactéria crescer, não iremos
conseguir cultivá-la in vitro (no laboratório), pois sem o seu fator de crescimento ela não irá
crescer e se multiplicar;
● Se algumas dessas categorias estiverem em falta, suas respectivas funções estarão prejudicadas
e a bactéria não vai conseguir crescer;
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❖ Utilização dos Nutrientes:
● Exigência nutricional dos microrganismos: é inversamente proporcional à capacidade sintetizante.
As bactérias são capazes de sintetizar diferentes componentes, umas mais e outras menos. O
potencial enzimático que uma bactéria apresenta está relacionado com as características do seu
material cromossômico;
● Se a bactéria tem uma capacidade sintetizante diversificada, consegue produzir diferentes
componentes/enzimas, ela tem uma exigência nutricional muito menor (depende muito menos do
meio). Mas, se a bactéria tem informação genética mais limitada, produz menor
quantidade/variedade de componentes importantes para as suas funções metabólicas, ela vai ter
uma exigência nutricional do meio em que está inserida muito maior (vai suprir a falta que ela
possui);
● Alguns são mais especializados, precisam de componentes muito específicos, o que faz com que
não estejam presentes em qualquer ambiente. E outros utilizam diversas fontes, estão em
diferentes ambientes;
Aspectos/Parâmetros Fisiológicos
❖ Exigência Atmosférica: presença de O2
● aeróbio estritos: cresce somente na presença de oxigênio, na superfície da coluna do líquido;
● anaeróbio estrito: cresce apenas em ambiente ausente de oxigênio, na base da coluna do líquido.
Ex.: clostridium tetani;
● anaeróbio facultativo: é aeróbio, mas pode crescer também na região de menor concentração de
oxigênio, ao longo da coluna desse líquido;
● microaerófilo: cresce melhor na área de menor concentração de oxigênio, mas ainda com o
oxigênio;
● anaeróbio aerotolerantes: tolera o oxigênio, cresce em sua presença, mas cresce principalmente
na ausência dele;
❖ Temperatura:
● Psicrófilo: temperatura média de 4ºC. As bactérias que vivem aqui apresentam a membrana
diferenciada, rica em ácidos graxos insaturados que consegue manter a fluidez mesmo em baixas
temperaturas;
● Mesófilo: temperatura média de 39ºC. Está relacionada, principalmente, com processos
infecciosos em humanos;
● Termófilo: temperatura média de 60ºC;
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● Hipertermófilo: se divide em 2 classes - uma em que a temperatura média é de 88ºC e a outra de
106ºC. As bactérias que vivem nesse ambiente possuem as suas proteínas protegidas contra
essa ação do choque térmico;
● Alguns microrganismos são bem adaptados a baixas, médias e altas temperaturas, baseados nas
suas características para suportar esses ambientes;
● Quando a temperatura está além da máxima ocorre a desnaturação das proteínas, podendo levar
a célula à morte;
● As bactérias extremófilas estão localizadas nos grupos dos psicrófilos e hipertermófilos;
❖ pH:
● A maioria dos microrganismos crescem melhor em pH 7;
● Bactérias acidófilas: pH entre 0 a 5. Ex.: helicobacter pylori;
● Bactérias neutrófilas: pH entre 5,4 a 8,5;
● Bactérias alcalinófilas: pH entre 9 a 14;
❖ Pressão Osmótica: é a capacidade da célula bacteriana tolerar ambientes com elevadas concentrações
de NaCl ou açúcares. O citoplasma da célula bacteriana tende a ser mais concentrado, então,se ela
estiver em um ambiente hipertônico, vai perder água por osmose. E se ela estiver no ambiente hipotônico
vai absorver água (turge). Algumas bactérias produzem solutos compatíveis, armazenam no interior do
citoplasma componentes que seguram água, ou seja, ela pode estar em um ambiente hipertônico que for
que não vai perder água;
❖ Atividade Hídrica: é a disponibilidade de água livre no ambiente que possa ser utilizada na célula
bacteriana. Se não tem água livre/disponível há um prejuízo significativo nas reações metabólicas, como
o transporte transmembrana;
Metabolismo
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❖ É o conjunto de reações de quebra (catabolismo) e de síntese (anabolismo) que ocorrem dentro do
organismo;
❖ Catabolismo: é a quebra do nutriente complexo em partes menores/simples/monômeros. Nessa etapa
há produção de precursores moleculares e de energia - uma parte é dissipada em forma de calor e outra
parte é estocada em forma de ATP;
❖ Esses nutrientes mais simples/monômeros serão utilizados na próxima etapa, que é o anabolismo;
❖ Anabolismo: é a síntese. Então a partir dos precursores moleculares e do ATP produzido há formação
de novas macromoléculas. O destino delas será definido de acordo com a exigência nutricional da célula
bacteriana. Ex.: produção de estruturas celulares, processos celulares (crescimento, divisão), estocado
para outros momentos;
❖ No catabolismo há produção de energia e no anabolismo há gasto de energia;
❖ Se não tem nutriente disponível, não há quebra, nem produção de energia e não tem como manter a
viabilidade da célula;
❖ Se a bactéria não tiver o perfil enzimático, ou seja, a enzima que degrada a substância, ela não vai
conseguir se nutrir ingerindo essa substância. Ex.: celulase (enzima) que degrada celulose (açúcar);
❖ Quanto maior informação genética a bactéria tiver para produzir diferentes componentes, se o seu perfil
enzimático for diverso ela vai ser mais adaptada, vai estar presente em mais ambientes pois vai poder
usar diferentes nutrientes para a sua nutrição metabólica;
❖ Reações de oxidação (envolve perda de elétrons - doou) e redução (envolve ganho de elétrons);
❖ Papel da coenzima NAD (Nicotinamida Adenina Dinucleotídeo) - NAD+ (oxidado) e NADH + H+
(reduzido): ela participa nos diferentes processos tanto na sua forma oxidada quanto na reduzida. Ela
compartilha e recebe elétrons nas reações de oxirredução que são vitais para as funções metabólicas de
produção de energia;
❖ A NAD é uma das principais coenzimas relacionadas com o processo de transferência desses elétrons
dentro das reações metabólicas. Ela é utilizada nas duas formas para garantir que esses elétrons sejam
percorridos, os componentes reciclados e que a energia vai fluindo, sendo produzida e consumida;
❖ NAD está diretamente relacionado com a produção e consumo desse compostos de alta-energia (ATP,
Acetil coA, acetil fosfato, fosfoenol piruvato);
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❖ Processos de Obtenção de Energia: fermentação, respiração e fotossíntese;
❖ A primeira etapa tanto para a fermentação quanto para a respiração é glicólise;
❖ Glicólise: é um processo de catabolismo. Dentro dele há produção de energia no final, consumo de
energia no início e a participação da coenzima NAD transferindo elétrons, sendo importante para a
produção desses componentes energéticos. Saldo energético: 2 moléculas de ATP;
❖ Fermentação:
● Ácida láctica: o ácido pirúvico que foi formadona glicólise vai sofrer ação da coenzima na sua
forma reduzida NADH + H+, ela sai oxidada NAD+ e forma o ácido láctico;
● Alcoólica: o ácido pirúvico é descarboxilado (perde CO2) e vira acetaldeído. A coenzima NADH +
H+ é oxidada e forma o etanol;
● A maioria das bactérias patogênicas fazem vias mistas, modelo heterofermentativo (usam vias
que no final há produção de ácido e álcool);
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❖ Baseado na via que a bactéria usa conseguimos diferenciá-las no laboratório. Há duas provas para
descobrirmos:
● Prova de Voges-Proskauer: é necessário fornecer glicose para produzir ácido pirúvico e a partir
dele observar qual via ela vai usar, se é a do butilenoglicol ou a do ácido misto. Apenas na dia do
VP que é produzido acetoína, para revelar se foi produzida ou não é só acrescentar catalisadores;
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● Prova do Vermelho de Metila: é a via dos ácidos mistos. É preciso fornecer glicose para produzir
ácido pirúvico para saber qual via ela vai usar. Se utilizar a dos ácidos mistos ela vai produzir
vários ácidos - acético, fórmico, lático, que vão diminuir o pH.
❖ Escherichia coli: uma bactéria que fermenta intensamente os açúcares que estão presentes no meio. A
placa de ágar eosina azul de metileno fica com um brilho verde metálico;
❖ Respiração:
● Há participação do centro metabólico que é a membrana citoplasmática das bactérias;
● Ciclo de Krebs: segunda etapa da respiração. O ácido pirúvico vai ser convertido em Acetil coA,
ele que vai dar início ao ciclo, que ocorre no citoplasma da célula bacteriana. (Prestar atenção nas
setas rosa da imagem).
● Cadeia de Fosforilação Oxidativa: terceira etapa da respiração, ocorre na membrana
citoplasmática. Há participação direta dos NADH e FADH reduzidos que foram produzidos no ciclo
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anterior. A porção do H+ é jogada para fora e os elétrons vão ficar passando pela cadeia de
transporte de elétrons. O oxigênio entra por difusão nessa cadeia;
● Nas bactérias aeróbicas o aceptor final de elétrons é o oxigênio, ele que pega os elétrons que
estão passando pela cadeia transportadora. Conforme o oxigênio vai recebendo o elétron ele
muda de carga, vira um ânion superóxido que possui elevado potencial de oxidação (vira tóxico
para a célula), então ele precisa ser neutralizado. O hidrogênio protonado que foi jogado para fora
vai retornar e neutralizar o ânion superóxido. Nesse momento de retorno, ele vai passar pela ATP
sintase, ou seja, vai ligar uma molécula de fosfato (Pi) no ADP, produzindo energia (ATP);
● O hidrogênio protonado neutraliza o ânion superóxido e forma o peróxido de hidrogênio, que
ainda é tóxico para a célula. Então, para neutralizar completamente vai ter ação da enzima
catalase, ela quebra o peróxido de hidrogênio em água e oxigênio livre;
● As bactérias que possuem superóxido dismutase e catalase são aeróbicas;
● Se as bactérias não possuírem essas enzimas, elas não vão crescer na presença de oxigênio, por
isso são anaeróbicas;
● As bactérias que possuem só superóxido dismutase são microaerófilas, ou seja, só crescem em
concentrações pequenas de oxigênio;
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● Nas bactérias anaeróbicas, o aceptor final de elétrons pode ser diferentes agentes químicos.
Ex.: nitratos, sulfatos;
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