fisiologia e metabolismo bacteria nos
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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.