Fisiologia e Metabolismo Bacteria Nos
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Prof. Andréa E. M. Stinghen
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Nutrição
• Macronutrientes:
• Micronutrientes;
![Page 3: Fisiologia e Metabolismo Bacteria Nos](https://reader034.fdocumentos.tips/reader034/viewer/2022052212/5571f8d549795991698e3016/html5/thumbnails/3.jpg)
Macronutrientes
• São requeridos em grande quantidade pois são os principais constituintes dos compostos orgânicos.– Carbono;– Oxigênio;– Hidrogênio;– Nitrogênio;– Enxofre;– Fósforo;
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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.
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Micronutrientes
• Componentes de proteínas;
• Cofatores enzimáticos;
• Componentes de estruturas;
• Osmorreguladores;
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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.
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MEIOS DE CULTURA
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Meios de Cultura
• Meios Seletivos;
• Meios Diferenciais;
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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;
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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;
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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;
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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
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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;
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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
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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;
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• 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
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• crescimento em presença de oxigêniocrescimento em presença de oxigênio• ausência de fermentaçãoausência de fermentação• fosforilação oxidativafosforilação oxidativa
![Page 19: Fisiologia e Metabolismo Bacteria Nos](https://reader034.fdocumentos.tips/reader034/viewer/2022052212/5571f8d549795991698e3016/html5/thumbnails/19.jpg)
• 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
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Anaeróbios tolerantesAnaeróbios tolerantes
• respiração anaeróbicarespiração anaeróbica• tolera a presença de oxigêniotolera a presença de oxigênio
![Page 21: Fisiologia e Metabolismo Bacteria Nos](https://reader034.fdocumentos.tips/reader034/viewer/2022052212/5571f8d549795991698e3016/html5/thumbnails/21.jpg)
Anaeróbios FacultativosAnaeróbios Facultativos
• fermentação fermentação • respiração aeróbicarespiração aeróbica• sobrevive em oxigêniosobrevive em oxigênio
• A maioriaA maioria
![Page 22: Fisiologia e Metabolismo Bacteria Nos](https://reader034.fdocumentos.tips/reader034/viewer/2022052212/5571f8d549795991698e3016/html5/thumbnails/22.jpg)
Bactéria microaerofílicaBactéria microaerofílica
• crescimentocrescimento–Baixa concentração de oxigênioBaixa concentração de oxigênio
• morre morre –Alta concentração de oxigênioAlta concentração de oxigênio
![Page 23: Fisiologia e Metabolismo Bacteria Nos](https://reader034.fdocumentos.tips/reader034/viewer/2022052212/5571f8d549795991698e3016/html5/thumbnails/23.jpg)
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
+
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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
![Page 25: Fisiologia e Metabolismo Bacteria Nos](https://reader034.fdocumentos.tips/reader034/viewer/2022052212/5571f8d549795991698e3016/html5/thumbnails/25.jpg)
GlicóliseGlicólise
•
NADNAD NADHNADH
GlicoseGlicose PiruvatoPiruvatoC6C6 C3C3
ADP ADP ATPATP
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PiruvatoPiruvato
(C3)(C3)
NADHNADH NADNAD
Álcoois de cadeia curtaÁlcoois de cadeia curtaÁcidos graxosÁcidos graxos(C2-C4)(C2-C4)
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NADNAD NADHNADH
NADHNADH NADNAD
ATPATP
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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)
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• Piruvato Piruvato CO CO22
– NADNAD NADHNADH
– glicólise glicólise
– Ciclo de Krebs / Fosforilação oxidativa Ciclo de Krebs / Fosforilação oxidativa
– NADHNADH NAD NAD
– ADPADP ATP ATP
![Page 30: Fisiologia e Metabolismo Bacteria Nos](https://reader034.fdocumentos.tips/reader034/viewer/2022052212/5571f8d549795991698e3016/html5/thumbnails/30.jpg)
• 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
![Page 31: Fisiologia e Metabolismo Bacteria Nos](https://reader034.fdocumentos.tips/reader034/viewer/2022052212/5571f8d549795991698e3016/html5/thumbnails/31.jpg)
PiruvatoPiruvato (C3)(C3)
AcetatoAcetato(C2)(C2)
-CO-CO22
C6C6
Ciclo de KrebsCiclo de Krebs
C4C4
PiruvatoPiruvato (C3)(C3)
+ CO+ CO22
![Page 32: Fisiologia e Metabolismo Bacteria Nos](https://reader034.fdocumentos.tips/reader034/viewer/2022052212/5571f8d549795991698e3016/html5/thumbnails/32.jpg)
Ácidos graxosÁcidos graxos
AcetatoAcetato(C2)(C2)
C6C6
Ciclo de KrebsCiclo de Krebs
C4C4 C4C4 C2C2++
Ciclo do glioxilatoCiclo do glioxilato
![Page 33: Fisiologia e Metabolismo Bacteria Nos](https://reader034.fdocumentos.tips/reader034/viewer/2022052212/5571f8d549795991698e3016/html5/thumbnails/33.jpg)
.
-
+
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
![Page 34: Fisiologia e Metabolismo Bacteria Nos](https://reader034.fdocumentos.tips/reader034/viewer/2022052212/5571f8d549795991698e3016/html5/thumbnails/34.jpg)
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
![Page 35: Fisiologia e Metabolismo Bacteria Nos](https://reader034.fdocumentos.tips/reader034/viewer/2022052212/5571f8d549795991698e3016/html5/thumbnails/35.jpg)
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
![Page 36: Fisiologia e Metabolismo Bacteria Nos](https://reader034.fdocumentos.tips/reader034/viewer/2022052212/5571f8d549795991698e3016/html5/thumbnails/36.jpg)
• A maioria tem como ideal o pH neutro
• Algumas crescem e podem sobreviver em meios
- ácidos
- alcalinos
![Page 37: Fisiologia e Metabolismo Bacteria Nos](https://reader034.fdocumentos.tips/reader034/viewer/2022052212/5571f8d549795991698e3016/html5/thumbnails/37.jpg)
• Carbono Carbono • NitrogênioNitrogênio• FósforoFósforo• EnxofreEnxofre• Íons metálicos (p.ex.Íons metálicos (p.ex. ferro)ferro)
![Page 38: Fisiologia e Metabolismo Bacteria Nos](https://reader034.fdocumentos.tips/reader034/viewer/2022052212/5571f8d549795991698e3016/html5/thumbnails/38.jpg)
Fe Fe 2+2+//SS
ReceptorReceptor
Fe Fe 2+2+//SS
(Quelante de Ferro)
![Page 39: Fisiologia e Metabolismo Bacteria Nos](https://reader034.fdocumentos.tips/reader034/viewer/2022052212/5571f8d549795991698e3016/html5/thumbnails/39.jpg)
TurbidezTurbidez
![Page 40: Fisiologia e Metabolismo Bacteria Nos](https://reader034.fdocumentos.tips/reader034/viewer/2022052212/5571f8d549795991698e3016/html5/thumbnails/40.jpg)
colôniacolônia
Unidades formadoras de colônia (UFC)Unidades formadoras de colônia (UFC)
![Page 41: Fisiologia e Metabolismo Bacteria Nos](https://reader034.fdocumentos.tips/reader034/viewer/2022052212/5571f8d549795991698e3016/html5/thumbnails/41.jpg)
Contagem total
![Page 42: Fisiologia e Metabolismo Bacteria Nos](https://reader034.fdocumentos.tips/reader034/viewer/2022052212/5571f8d549795991698e3016/html5/thumbnails/42.jpg)
![Page 43: Fisiologia e Metabolismo Bacteria Nos](https://reader034.fdocumentos.tips/reader034/viewer/2022052212/5571f8d549795991698e3016/html5/thumbnails/43.jpg)
• Determinação da biomassa microbiana
• Matéria seca;
• Medidas óticas.
Figura. Separação de células por filtração
![Page 44: Fisiologia e Metabolismo Bacteria Nos](https://reader034.fdocumentos.tips/reader034/viewer/2022052212/5571f8d549795991698e3016/html5/thumbnails/44.jpg)
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.
![Page 45: Fisiologia e Metabolismo Bacteria Nos](https://reader034.fdocumentos.tips/reader034/viewer/2022052212/5571f8d549795991698e3016/html5/thumbnails/45.jpg)
.
Curva de crescimento
Tempo (horas)
Log do número de microorganismos vivos /
turbidez
estacionário
morte
fase exponencial
![Page 46: Fisiologia e Metabolismo Bacteria Nos](https://reader034.fdocumentos.tips/reader034/viewer/2022052212/5571f8d549795991698e3016/html5/thumbnails/46.jpg)
• 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
![Page 47: Fisiologia e Metabolismo Bacteria Nos](https://reader034.fdocumentos.tips/reader034/viewer/2022052212/5571f8d549795991698e3016/html5/thumbnails/47.jpg)
• 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.
![Page 48: Fisiologia e Metabolismo Bacteria Nos](https://reader034.fdocumentos.tips/reader034/viewer/2022052212/5571f8d549795991698e3016/html5/thumbnails/48.jpg)
• 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.
![Page 49: Fisiologia e Metabolismo Bacteria Nos](https://reader034.fdocumentos.tips/reader034/viewer/2022052212/5571f8d549795991698e3016/html5/thumbnails/49.jpg)
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.
![Page 50: Fisiologia e Metabolismo Bacteria Nos](https://reader034.fdocumentos.tips/reader034/viewer/2022052212/5571f8d549795991698e3016/html5/thumbnails/50.jpg)