microbiologia general teorica

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A Diversidade dos Microrganismos:

Os microrganismos encontram-se largamente difundidos em quase todos os ambientes.

Como qualquer colecção de organismos, os microrganismos podem ser agrupados baseados em certas características, assim podemos encontrar:

• Bactérias (1)• Fungos(2)• Protozoários(3)• Algas(4)• Virús(5)

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Isabel Vieira / Gonçalo Almeida

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A Diversidade dos Microrganismos:

O que têm os microrganismos em comum ?

– Tamanho microscópico.

Em que podem diferir ?

– Forma– Organização celular

• Procariotas• Eucariotas• Acelulares

– Metabolismo


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Microrganismos Procariotas:

Características:

•Sem membrana nuclear material genético disperso no citoplasma.

•De grande simplicidade possuem poucos organelos:

•Ausência de organelos com membrana


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Microrganismos Procariotas:

Bactérias:

•Seres de dimensões 0.5-2.0 um

•Procariotas

•Unicelulares

•Reproduzem-se assexuadamente por fissão binária

•Apresentam formas variadas


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Formas das bactérias:

Existem muitos tamanhos e formas variadas entre as bactérias:


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Organização das células eucariotas:

As células eucariotas são mais complexas:

•Possuem um núcleo diferenciado com membrana nuclear

•E o citoplasma encontra-se dividido por um complexo sistema de membranas

Célula animalCélula vegetal


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Microrganismos Eucariotas:

Fungos:

•leveduras

•Tamanho 5-10um

•Eucariotas

•Unicelulares

•Reproduzem-se assexuadamente, gemulação ou processos sexuados

•Bolores:

•Tamanho 2-10um

•Eucariotas

•Pluricelulares

•Reprodução sexuada e assexuada


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Microrganismos Eucariotas:

Protozoários:

•Tamanho 2.0-200um

•Eucariotas

•Unicelulares


Algas:

•Tamanho > 1.0 um

•Eucariotas

•Unicelulares e pluricelulares

•Fotossintéticos


Paramécia


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Microrganismos acelulares- Virús

Virús:•Tamanho 0.05-0.2 um (pelo seu tamanho muitos só pode ser visionado em microscópio electrónico)

•Acelulares

•Estrutura muito mais simples que a das bactérias

•Contêm apenas um único tipo de material genético DNA ou RNA

•Ausência de organelos celulares

•Parasita intracelular obrigatório

•Apresenta diversas formas


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Formas dos virús:

A forma como as proteínas se agregam dá a forma ao vírús:

– Poliédrica– Helicoidal– Binária ou complexa


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A célula como a unidade estrutural da vida

Teoria celular-(1838-1839 Mathias Schleiden e TheodorSchwann) as células são as unidades estruturais e funcionais básicas de todos os organismos.

Organismos unicelulares- constituído por uma única célula, todos os processos vitais ocorrem dentro da célula.

Organismos pluricelulares- quando um organismo contém muitas células, em formas de vida superior, como as plantas e os animais, estas células encontram-se arranjadas em estruturas chamadas tecidos ou orgãos, com funções específicas.


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A célula como a unidade estrutural da vida

Todos os organismos, unicelulares ou pluricelulares, apresentam as seguintes características:

1. Reprodução2. Utilização de alimento como fonte de energia3. Síntese de substâncias e estruturas celulares4. Excreção de substâncias5. Resposta a alterações ambientais6. Mutações, que são alterações súbitas em suas

características hereditárias, embora ocorram raramente.


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Classificação dos organismos vivos

A necessidade de organizar a grande quantidade e variedade de organismos é uma característica do Homem

Tenta coloca-los em grupos baseados nas suas semelhanças.Surge a ciência TAXONOMIA.

A Taxonomia compreende:– Classificação- arranjo– Nomenclatura- nome– Identificação- descrição e caracterização


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ArchaeobacteriaEubacteriaEucariyotes

Woese(1977)

Algas multicelulares, plantasAnimaisProtozoários, algas, Bolores e levedurasTodas as bactérias

PlantaeAnimaliaProtistaFungiMonera

Whittaker(1969)

Algas multicelulares, plantasAnimaisMicrorganismos, incluindo Bactérias, protozoários, algas, Bolores e leveduras

PlantaeAnimaliaProtista

Haeckel(1865)

Bactérias, fungos, algas, plantas, Protozoários e animais superiores

PlantaeAnimalia

Linnaeus(1753)

Organismos incluídosReinosEsquema de classificação


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Bactérias que produzem gás metano, requerem altas concentrações de sal ou requerem altas temperaturas

Todas as outras bactérias incluindo aquelas mais familiaresaos microbiologistas, tais como causadores de doenças, bactérias do solo e da água e bactérias fotossintéticas

Protozoários, algas fungos, plantas e animais

Archaeobacteria

Eubacteria

Eucariyotes

Woese(1977)


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Classificação dos microrganismos

Informações utilizadas para caracterizar os microrganismos:

– Características morfológicas: tamanho, forma e arranjo das células- determinados por vários tipos de microscopia e por diferentes tipos de coloração

– Características nutricionais e culturais: conheciemnto das necessidades nutricionais dos microrganismos e condições físicas necessárias ao seu crescimento

– Características metabólicas: conhecimento do metabolismo-existem vários testes laboratoriais que podem determinar a actividade metabólica dos microrganismos


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Classificação dos microrganismos

Informações utilizadas para caracterizar os microrganismos:

– Características antigénicas: um antigénio é uma substância que estimula a produção de um anticorpo quando injectado num animal. A presença de antigénios específicos em culturas bacterianas são usados para caracterizar os micorganismos.


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Características Morfológicas - Tamanho

–Tamanho• Procariotas- < 2 um em diâmetro• Eucariotas- >2 a 100um

A maior parte dos procariotas tem tamanhos que variam entre 0.1-0.2 um em diâmetro e muito poucos têm um diâmetro igual ou superior a 50um.

O tamanho afecta as propriedades biológicas das células:–velocidade das trocas de nutrientes –velocidade com que os produtos de excreção saem da célula, factor esse que influencia as taxas de metabolismo e taxas de crescimento.


19Isabel Vieira / Gonçalo Almeida

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Características Morfológicas – Forma


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Características Morfológicas - Arranjo

As células das bactérias podem ainda ser caracterizadas segundo o arranjo que está dependente do plano em que ocorre a divisão:

A maior diversidade de arranjos ocorre nos cocos:

•Pares- diplococos

•Grupos de 4- tetradas

•Grupos mais complexos- sarcina

•Em blocos irregulares- cachos

•Em cadeias- streptococos


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Características Morfológicas - Arranjo

Ao contrário dos cocos os bacilos apresentam poucos arranjos de células uma vez que só têm um plano de divisão.Assim podem formar os seguintes arranjos:

•Pares- diplobacilos•Cadeias- streptobacilos


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Morfológia das células procariotas: flagelos, filamentos axiais

Apêndices pili, fímbrias

glicocálice(cápsulaa)parede celular

Célula Prócariota Estruturas envoltórias membrana celular

citoplasmaribossomas

Protoplasma mesossomasgranulaçõesnucleoide/material genético


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Morfológia das células procariotas:


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Morfologia das células procariotas

Estruturas externas à parede celular:

– Glicocálice– Fagelos– Filamentos axiais– Fímbrias – Pili


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Estruturas externas à parede celular-Glicocálice:

Glicocálice- polímero viscoso e gelatinoso que está situado externamente à parede celular.

• Formada por várias unidades de polissacarídeos, ou proteínas ou de ambos.

O glicocálice pode diferenciar-se nas seguintes estruturas:

• Camada viscosa- slime layer-estrutura não organizada e pouco aderente à parede celular (fácilmente removivel)

• Cápsula-estrutura organizada e fortemente aderente à parede celular.


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Estruturas externas à parede celular-Glicocálice

Glicocálice desenvolve-se como uma cobertura de macromoléculas, está presente em algumas bactérias:

– B. Anthracis -> anthrax– S.treptococcus mutans -> cárie dentária, – S. pneumoniae -> pneumonia.

• Função:– Protecção da célula:

» fagocitose, » resistência ao ataque de outros elementos, » desidratação

– Confere virulência à bactéria– Contém antigénios potentes o que confere à bactéria

propriedades emunológicas muito definidas bacteriana– Função de aderência.


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Estruturas externas à parede celular- Glicocálice:

O glicocálice pode diferir de célula para célula na:– Organização– Espessura– Composição química


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Estruturas externas à parede celular- Flagelos:

Flagelos são orgãos de locomoção de constituição semi-rígida constituídos por uma proteína a flagelina.

Constituídos por:• Corpo basal-(vários anéis)• Gancho• filamento

Função: • Locomoção


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Diferenças encontradas na ultra-estrutura do flagelo de uma bactéria Gram – (a) e bactéria Gram + (b)


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Os flagelos podem ter vários tipos de distribuição:•Monótrico- um flagelo polar• Lofótricos- dois ou mais flagelos num dos polos da bactéria

• Perítricos- distribuídos por toda a bctéria


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Célula procariota-Cada flagelo funciona como um motor helicoidal semi-rígido que move a célula rodando sobre o corpo basal.

Células eucariotas- os flagelos movem-se por movimentos ondulatórios.


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Estruturas externas à parede celular- Filamentos Axiais:

Filamentos Axiais ou endoflagelos-feixes de fibrilas que têm origem nas extremidades das células, e formam uma espiral em torno da célula.

As espiroquetas são um grupo de bactérias que possui uma estrutura e mobilidade exclusiva.

A rotação dos filamentos axiais produz um movimento em espiral- movimento semelhante ao saca rolhas


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Estruturas externas à parede celular- Fímbrias e Pili

Fímbrias-filamentos mais finos e curtos que os flagelos, a sua constituição química varia, mas na sua maioria contêm proteínas.

Função- aderência e fixação

Podem ter vários tipos de distribuição:

•Existem em grande número

•Podem ocorrer num dos pólos da célula

•Distribuídos ao longo de toda a superfície

Figura: E.coli, invade o intestino aderindo nas paredes do epitélio provocando a infecção intestinal


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Estruturas externas à parede celular- Fímbrias e Pili

Pili-estrutura tubular rígida, constituída por sob-unidades proteicas de uma proteína denominada pilin.

•Mais longos que as fímbrias

•Um ou dois por célula

Função- transferência de material genético

Fímbrias Pili


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Parede celular

Imediatamente abaixo do glicocálice, e por cima da membrana celular surge outra estrutura a Parede Celular.

Parede celular- estrutura complexa semi-rígida, constituída por:

– Peptidoglicano– Ácidos teicoicos– Polissacarídeos– Lipopolissacarídeos (LPS)– Proteínas– lipoproteínas


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Parede celular

A Parede celular tem como função:

– Determinar a forma das células– Manter a forma das células– Proteger a célula contra choques osmóticos– Protecção contra substâncias tóxicas– Antigenicidade– Características imunológicas específicas– Locais de reconhecimento dos bacteriófagos


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Parede celular- Coloração de Gram

Hans Christian Gram (sec.XIX) desenvolveu uma técnica de coloração- coloração de Gram que permite fazer a diferenciação entre dois tipos de células Gram+ e Gram-:


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Parede celular- Coloração de Gram


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Quadro comparativo da parede das Gram+ e Gram-

presenteausenteProteínas-porinas

Sempre presenteEm alguns casosEspaço periplasmáticopresenteausenteMembrana externa

LipopolissacarídeosLipoproteínasPeptidoglicano

PeptidoglicanoÁcido teicoicoÁcido lipoteicoico

Composição 8-11 nm20-80 nmEspessura 21Nº de camadas

Gram-Gram +Características


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Parede das Gram+

• Parede espessa e homogénea constituída essencialmente por peptidoglicano

• Ácidos teicoicos- ligados ao peptidoglicano

• Estão carregados negativamente -> parede celular carregada negativamente

• Devido à sua carga electronegativa funcionam como transportadores de catiões (Ca2+ , Mg2+ )

• Regulam a actividade das autolisinas• Fonte de armazenamento de fósforo• São os principais antigénios da

superfície das Gram +• Ácidos lipoteicoicos-ligados aos

fosfolípidos• Polissacarídeos- açúcares neutros e

ácidos• Proteínas


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Parede das Gram-

Parede mais complexa que as Gram+

• Camada de peptidoglicano muito fina (2 nm 1 a 2 camadas), encontra-se no espaço periplamático está ligado por ligações covalentes às lipoproteínas da membrana exterior

• Espaço periplasmático contém:• Grande concentração de enzimas degradativas• Proteínas de transporte• Enzimas de síntese do peptidoglicano• Moléculas fosforiladas

• Membrana externaIsabel Vieira / Gonçalo Almeida

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Membrana Externa das Gram-• Estrutura em bicamada constituída por:

– Fosfolípidos– Proteínas- transporte de substâncias permeabilidade selectiva-

purinas– Lipoproteínas de Braun- ligação entre o peptidoglicano e a

membrana externa – Lipopolissacarídeos-molécula de grandes dimensões e bastante

complexa:– Lípidio A- endotoxina– Cerne polissacarídeo– Antigene O


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Parede-Composição do peptidoglicano

• Rede macromolecular• Mucopolissacarídeo

composto polímero constituído por NAG e NAM-dois derivados de açúcares, ligados por uma ligação glicosídica B 1,4

• Pequeno grupo de aminoácidos

• Ácidos teicoicos- ligados ao peptidoglicano

• Ácidos lipoteicoicos-ligados aos fosfolípidos


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Biossíntese do peptidoglicano

A biossíntese inclui várias etapas:

– Corte da parede –por autolisinas

– Inserção de novos grupos – Ligações peptídicas-

transpeptidação

Estão envolvidos dois transportadores durante a inserção de novos grupos:

– Uridine difosfato-UDP– Bactoprenol


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Bactérias com outro tipo de parede celular:

Algumas bactérias podem não ter parede celular igual às Gram + ou Gram-. (Mycobacterium, Nocardia)

Este tipo de bactérias contém peptidoglicano e coram – Gram+ mas a estrutura da parede celular é composta por lípidos- ácidos gordos -ácido micólico o qual contribui para a patogenicidade.Esta grossa parede de ácidos gordos tem grande resistência a certos químicos e corantes- característica que está na base da coloração diferencial - ácido álcool resistente.


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Formas de bactérias sem parede celular:As bactérias podem perder a parede celular - este tipo de bactérias denomina-se de- formas L, podem surgir por:

– Mutação– Induzidas (lisozima, penicilina)


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Citoplasma

Delimitado pela membrana citoplasmática encontra-se uma substância gelatinosa, densa que vulgarmente se denomina de citoplasma. É composto por:

– 80% de água- solvente– Proteínas - enzimas– Carbohidratos– Lipidos– Iões inorgânicos – Compostos de peso molecular muito baixo– Material genético– Ribossomas– Mesossomas– Granulações – depósitos de reserva

•Síntese celular

• Fonte de energia


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Material genético

O material genético encontra-se disperso no citoplasma.– Nucleoide- área onde se encontra o material genético contém:

• uma longa molécula de DNA circular de dupla hélice

– pode existir uma pequena molécula de DNA circular de dupla hélice- Plasmídeo:

• Pode existir isolado ou incluso no DNA• Normalmente contém genes que não são cruciais

para o desenvolvimento normal da bactéria (condições normais)

• Em certas condições podem ser de grande importância para a sobrevivência das bactérias (genes- resistência a antibióticos, produção de toxinas, síntese de enzimas)

• Podem ser transferidos de uma célula para a outra


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RibossomasFunção:Síntese proteica

•O citoplasma contém dezenas de milhares de ribossomas•Quanto maior for a actividade celular maior o número de ribossomas

– São compostos por duas subunidades (subunidade grande (50S) com duas unidades de RNAr e a pequena (30S) com uma unidade RNAr)

– São mais pequenos (70S) que os ribossomas das células eucariotas(80S)

– Vários antibióticos podem actuar ao nível dos ribossomas inibindo a síntese proteica

• Estreptomicina e gentamicina ligam-se à subunidade 30 S• Eritromicina e cloranfenicl ligam-se à subunidade 50S• Devido às diferenças entre os ribossomas das células procariotas e

eucariotas os antibióticos actuam selectivamente nos seus ribossomas sem afectar os ribossomas do hospedeiro.


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Granulações / Inclusões

Inclusões são depósitos de reserva.

Granulos metacromáticos- reserva de fosfatos inorgânicos, usados para a síntese de ATP.Podem ser encontrados em:

– Algas, – Fungos,– Protozoários,– Bactérias- Corynebacterium diphtheriae – causador da difteria

Granulos polissacarídeos- reserva composta essencialmente por glicogénio e amido.


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Inclusões lipídicas-é essencialmente constituído por ácido poli-beta-hidroxibutírico(PHB)- característico das bactérias. Pode ser encontrado:

– Mycobacterium – Bacillus– Azotobacter, – Spirillum

Granulos de enxofre- servem como reservas de energia para as “bactérias do enxofre” Thiobacillus- obtêm energia oxidando o enxofre.

Carboxissomos- inclusões que contêm a enzima ribulose 1,5 difosfato carboxilase- enzima necessária para a fixação de dióxido de carbono durante a fotossíntese. Esta enzima é utilizada pelas bactérias que usam como única fonte de carbono o CO2 como por exemplo:

– Bactérias nitrificantes– Cianobactérias– Tiobacilos


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Vacúolos de gás- têm por função manter as células na profundidade adequada para que recebam quantidades de oxigénio, luz e nutrientes necessárias.

– Movimentar as células para cima e para baixo em resposta a factores ambientais

– Encontram-se essencialmente em procatiotas aquáticos-cianobactérias

Magnetossomas- inclusões de óxido de ferro, formadas por várias bactérias Gram negativas.•Funciona como um iman para movimentar as células em diferentes campos magnéticos•Decompõe o peróxido de hidrogénio que se forma nas células


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Endosporos

Em certas situações de stress para a célula, algumas bactérias têm a capacidade de produzir uma estrutura especial denominada endosporo- ( esporo gerado dentro da célula)

Certas bactérias Gram + com capacidade de formar endosporos:– Clostridium, – Bacillus.

Os endosporos são estruturas muito resistentes:– Altas temperaturas– Dissecação– Radiações– Ácidos– Desinfectantes– Podem permanecer no estado de dormência durante milhares de

anos


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Endosporos

Características:

Forma: eliptica ou esférica

Localização: central (a), terminal(b) ou subterminal (c)

Função: forma metabolicamente dormente que tem por função manter a sobrevivência, em condições adversas.


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Endosporos

•Exospório cobertura mais externa do endosporo constituída por uma fina camada de proteínas

•Túnica interna (spore coat)- várias camadas constituídas por proteínas

•Cortex- constituído porpeptidoglicano

•Túnica externa (spore coat)

Os endosporos são formados por várias camadas que lhe conferem a grande resistência:


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Endosporo- Quadro comparativo células vegetativas/endosporo

Baixa 10-25%Elevada 80-90%ÁguaresistentesensívelAcção da lisozimaelevadabaixaResistência química

Elevada (podem sobreviver a água fervente durante horas)

baixaResistência ao calor

ausentepresentemRNABaixo ou ausenteelevadoMetabolismo

baixaelevadaActividade enzimática

presenteausenteÁcido dipicolínico

elevadabaixaConcentração em cálcio

EndosporosCélulas vegetativasCaracterísticas


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Endosporo- GerminaçãoOs esporos podem permanecer dormentes por milhares de anos.

Germinação- processo pelo qual o esporo retoma o seu estado vegetativo.

Este processo dá-se quando o esporo encontra condições favoráveis.

•As enzimas destroem as camadas exteriores do endosporo

•A água entra permitindo que se inicie o metabolismo


microbiologia general teorica

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