fisiologia e metabolismo bacteria nos

Prof. Andréa E. M. Stinghen

Nutrição

• Macronutrientes:

• Micronutrientes;

Macronutrientes

• São requeridos em grande quantidade pois são os principais constituintes dos compostos orgânicos.– Carbono;– Oxigênio;– Hidrogênio;– Nitrogênio;– Enxofre;– Fósforo;

Micronutrientes

• São necessários ao desenvolvimento microbiano, mas em quantidades variáveis, dependendo do elemento e do microorganismo.

• Fe, Mg, Mn, Ca, Zn, K, Na, Co, Cl, Mb, Se, etc.

Micronutrientes

• Componentes de proteínas;

• Cofatores enzimáticos;

• Componentes de estruturas;

• Osmorreguladores;

MEIOS DE CULTURA

Soluções nutrientes para promover o crescimento de microrganismos.

Classes Quimicamente definidos (sais, compostos orgânicos purificados, água)

Complexos (utilizam hidrolisados – caseína, carne, soja, levedura)

Não existe um meio de cultura universal, mas

Existem vários tipos meios para diversas finalidades

Para obter sucesso no cultivo de microrganismos é necessário o conhecimento de

suas exigências nutricionais, para que os nutrientes sejam fornecidos de forma e

proporção adequada.

MEIOS DE CULTURA

Meios de Cultura

• Meios Seletivos;

• Meios Diferenciais;

Classificação das bactérias - Nutricional

• Autotróficas: Independem compostos orgânicos pré formados como fonte de carbono; Podem produzir energia a partir de CO2 e Água, por exemplo;

• Heterotróficas: Requerem um fonte de carbono pré formada em seu meio de crescimento, como substrato oxidável para a produção de ATP;

Fatores de Crescimento

• Várias bactérias heterotróficas possuem uma imensa variedade de exigências nutritivas;

• Não possuem a capacidade de sintetizar determinados compostos orgânicos essenciais para o seu metabolismo;

Influência dos Fatores Ambientais

• Temperatura:– Cada tipo de bactéria apresenta uma

temperatura ótima de crescimento;– Ultrapassado o limite superior, rapidamente

ocorre desnaturação do material celular e consequente morte da célula;

– Temperaturas inferiores a ótima levam a uma desaceleração das reações metabólicas, com diminuição da velocidade de multiplicação celular;

Classificação quanto a temperatura ótima de

crescimento

• Psicrófilos:– Entre 12 e 17º C

• Mesófilos:– Entre 28 e 37º C

• Termófilos:– Entre 57 e 87º C

Quanto a utilização do Oxigênio

• O oxigênio pode ser indispensável, letal ou inócuo para os microorganismos, dessa forma podemos classifica-los em:– Aeróbios estritos;– Microaerófilos;– Facultativos;– Anaeróbios estritos;

Aeróbio Anaeróbio Facultativo Microaerófilo Anaeróbio aerotolerante

Efeito do oxigênio no crescimento microbiano

Meio gelatinoso com indicador redox:

Rosa quando oxidado

Incolor quando reduzido

Durante as reações de redução do O2 são formados vários intermediários tóxicos.

Ex: H2O2, OH°, O2-

Os microrganismos aeróbios e facultativos utilizam enzimas como a catalase para destruir as formas tóxicas

Crescimento Microbiano

• Em microbiologia, o termo crescimento refere-se a um aumento do número de células e não ao aumento das dimensões celulares;

– Crescimento populacional: Definido como o aumento número ou da massa microbiana;

• Em microbiologia crescimento geralmente é o aumento do número de células

• Na maioria dos procariotos ocorre a fissão binária: crescimento e divisão

Varia de minutos até diasDepende muito das condições ambientais

Escherichia Coli - 20 minutosPisolithus microcarpus – 2,5 dias

CRESCIMENTO MICROBIANO

• crescimento em presença de oxigêniocrescimento em presença de oxigênio• ausência de fermentaçãoausência de fermentação• fosforilação oxidativafosforilação oxidativa

• Ausência fosforilação oxidativa• Fermentação• Morte na presença de oxigênio• Deficiência de determinadas enzimas

superóxido dismutase O2

- +2H+ H2O2

catalase H2O2 H2O + O2

peroxidase H2O2 H2O /NAD NADH

Anaeróbios tolerantesAnaeróbios tolerantes

• respiração anaeróbicarespiração anaeróbica• tolera a presença de oxigêniotolera a presença de oxigênio

Anaeróbios FacultativosAnaeróbios Facultativos

• fermentação fermentação • respiração aeróbicarespiração aeróbica• sobrevive em oxigêniosobrevive em oxigênio

• A maioriaA maioria

Bactéria microaerofílicaBactéria microaerofílica

• crescimentocrescimento–Baixa concentração de oxigênioBaixa concentração de oxigênio

• morre morre –Alta concentração de oxigênioAlta concentração de oxigênio

Proteínas Polissacarídeos Lipídios

Reações de degradação

Reações Anaeróbias

Reações Aeróbias

aminoácidos monossacarídeos glicerol

glicose

piruvato

ácidos graxos

Acetil-CoA

Produtos da fermentação: ATP + NADP

cadeia de transporte de elétrons

Ciclo do ácido tricarboxílico

(Krebs) ATP + NADP

Catabolismo da célula bacteriana

+

Catabolismo do açúcarCatabolismo do açúcar

1.1. Glicólise (via de Embden- Meyerhof Parnas) Glicólise (via de Embden- Meyerhof Parnas) (EMP)(EMP)

– A maioria das bactériasA maioria das bactérias– Também em animais e plantasTambém em animais e plantasGlicose Glicose piruvato piruvato2 ADP + 2Pi +2 NAD 2 ADP + 2Pi +2 NAD 2 piruvato + 4 ATP + 2 NADH + 2 2 piruvato + 4 ATP + 2 NADH + 2

HH++

2.2. Via das pentoses (hexose monofosfato)Via das pentoses (hexose monofosfato)– Produz NADPHProduz NADPH– comum em plantas e animaiscomum em plantas e animais

GlicóliseGlicólise

•

NADNAD NADHNADH

GlicoseGlicose PiruvatoPiruvatoC6C6 C3C3

ADP ADP ATPATP

PiruvatoPiruvato

(C3)(C3)

NADHNADH NADNAD

Álcoois de cadeia curtaÁlcoois de cadeia curtaÁcidos graxosÁcidos graxos(C2-C4)(C2-C4)

NADNAD NADHNADH

NADHNADH NADNAD

ATPATP

Ciclo de Krebs (C4-C6 compostos intermediáriosCiclo de Krebs (C4-C6 compostos intermediários)

NADNAD NADHNADH

PiruvatoPiruvato 3CO3CO22

(C3)(C3)

NADHNADH NADNAD

Fosforilação oxidativaFosforilação oxidativa

OO22 HH22OO

ADPADP ATPATP

(C1)(C1)

• Piruvato Piruvato CO CO22

– NADNAD NADHNADH

– glicólise glicólise

– Ciclo de Krebs / Fosforilação oxidativa Ciclo de Krebs / Fosforilação oxidativa

– NADHNADH NAD NAD

– ADPADP ATP ATP

• converte Oconverte O22 em H em H220 0 (oxidativa)(oxidativa)

• converte ADP em ATP converte ADP em ATP (fosforilação)(fosforilação)

• cadeia de transporte de elétronscadeia de transporte de elétrons

• ubiquinonas/citocromo intermediário ubiquinonas/citocromo intermediário

PiruvatoPiruvato (C3)(C3)

AcetatoAcetato(C2)(C2)

-CO-CO22

C6C6

Ciclo de KrebsCiclo de Krebs

C4C4

PiruvatoPiruvato (C3)(C3)

+ CO+ CO22

Ácidos graxosÁcidos graxos

AcetatoAcetato(C2)(C2)

C6C6

Ciclo de KrebsCiclo de Krebs

C4C4 C4C4 C2C2++

Ciclo do glioxilatoCiclo do glioxilato

.

-

+

C3 C2

C4

C6

C2

C2

C4

C4

C4

C5

C6

açúcar

piruvato Acetil coA

Ácidos graxos

citratoisocitrato

oxalacetato Alfa cetoglutarato

succinato

acetato

fumarato

malato

Reações do ciclo do glioxilato

glioxilato

Ciclo de Krebs (TCA)

Ciclo do glioxilato

Ciclo de KrebsCiclo de Krebs biossintéticobiossintético

produtor de energiaprodutor de energia

• Remoção de produtos intermediáriosRemoção de produtos intermediários– deve ser reorientado deve ser reorientado

• Via única de reorientação enzimáticaVia única de reorientação enzimática– açúcar açúcar – ácidos graxosácidos graxos

Temperatura ideal de crescimentoTemperatura ideal de crescimento • Mesófilos: Mesófilos:

– temperatura corpórea humanatemperatura corpórea humana* patógenos patógenos * oportunistasoportunistas

• piscrófilopiscrófilo– Próximo a temperatura de CongelamentoPróximo a temperatura de Congelamento

• termófilotermófilo– Próximo a temperatura de ebuliçãoPróximo a temperatura de ebulição

• A maioria tem como ideal o pH neutro

• Algumas crescem e podem sobreviver em meios

- ácidos

- alcalinos

• Carbono Carbono • NitrogênioNitrogênio• FósforoFósforo• EnxofreEnxofre• Íons metálicos (p.ex.Íons metálicos (p.ex. ferro)ferro)

Fe Fe 2+2+//SS

ReceptorReceptor

Fe Fe 2+2+//SS

(Quelante de Ferro)

TurbidezTurbidez

colôniacolônia

Unidades formadoras de colônia (UFC)Unidades formadoras de colônia (UFC)

Contagem total

• Determinação da biomassa microbiana

• Matéria seca;

• Medidas óticas.

Figura. Separação de células por filtração

Métodos Indiretos

• Constituintes celulares (ATP, DNA, NADH);

• Dosagem de elementos do meio de cultura (substrato, consumo de

O2, propriedades reológicas do meio de cultura, entre outros.

.

Curva de crescimento

Tempo (horas)

Log do número de microorganismos vivos /

turbidez

estacionário

morte

fase exponencial

• Fase lag

• Rearranjo do sistema enzimático (síntese de enzimas);

• Traumas físicos (choque térmico, radiação, entre outros);

• Traumas químicos (produtos tóxicos, meio de cultura).

Não há variação da concentração de biomassa no tempo, portanto:

• Fase intermediária

• Aumento gradativo da concentração celular

• Fase log ou exponencial

• Células plenamente adaptadas;

• Velocidades de crescimento elevadas;

• Consumo de substrato;

• Interesse prático.

• Fase de redução de velocidade• Diminuição da concentração de substrato limitante;

• Acúmulo de produto(s) no meio

• Fase estacionária

• Término do substrato limitante;

• Acúmulo de produtos tóxicos;

• Concentração celular constante em seu valor máximo.

• Fase de declínio

• Redução do crescimento celular;

• Consumo de material intracelular (lise).

Não só para a concentração celular se dispõe de

gráficos, mas também para o consumo de substrato e

formação de produto.

Tempo de geraçãoTempo de geração

• Tempo necessário para dobrar massa Tempo necessário para dobrar massa bacterianabacteriana

• Exemplo: Exemplo:

100 bactérias presentes no tempo zero100 bactérias presentes no tempo zero

Se o tempo de geração é 2hSe o tempo de geração é 2h

Após 8h massa = 100 x (2.2.2.2) = 100 x Após 8h massa = 100 x (2.2.2.2) = 100 x 2244 = 1600 bact.= 1600 bact.