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UNIVERSIDADE FEDERAL DE JUIZ DE FORA
DEPARTAMENTO DE PARASITOLOGIA, MICROBIOLOGIA E IMUNOLOGIA
Professora: Vânia Silva
Fisiologia e Crescimento Bacteriano
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Composição macromolecular de uma célula procariótica
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Conjunto de todas as reações químicas dentro de uma célula
Metabolismo
Anabolismo Conjunto de processos biossintéticos que requerem energia e que formam os componentes celulares a partir de moléculas menores.
Catabolismo Conjunto de processos de degradação de moléculas e nutrientes que liberam energia. Fornecem energia para as reações anabólicas.
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Nutrição dos microrganismos
As células bacterianas são formadas a partir de substâncias químicas
denominadas nutrientes.
Os nutrientes são captados do ambiente são transformados em
constituintes celulares ou usados para liberar energia para a célula.
Macronutrientes Micronutrientes
Fatores de crescimento
* Classificados de acordo com a sua concentração e importância na célula bacteriana
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Macronutrientes Funções
Carbono (Compostos orgânicos, CO2)
Constituintes de carboidratos,
lipídeos, proteínas e ácidos
nucleicos.
Oxigênio (O2, H2O, comp. orgânicos)
Nitrogênio (NH4, NO3, N2, comp. org.)
Hidrogênio (H2, H2O, comp. Orgânicos)
Fósforo (PO4)
Enxofre (SO4, HS, S, comp. enxofre)
Potássio (K+) Atividade enzimática, cofator
para várias enzimas
Cálcio (Ca2+) Cofator de enzimas,
componente do endosporo
Magnésio (Mg2+) Cofator de enzimas, estabiliza
ribossomos e membranas
Ferro (Fe2+/Fe3+) Constituição de citocromos e
proteínas ferro enxofre
(transportadores de elétrons),
cofator de enzimas.
Macronutrientes
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* requeridos em pequenas quantidades; íons metálicos; co-fatores para várias enzimas
Micronutrientes
Elementos Funções
Manganês Presente nas enzimas que quebram a água no fotossistema II dos
fototrópicos oxigênicos e nas superóxido dismutases.
Cobalto Presente vitamina B12 e transcarboxilases
Zinco Presente nas metalopeptidases, metaloenzimas, DNA e RNA
polimerases
Cobre Enzimas envolvidas na respiração
Molibdênio Presente nas enzimas molibdênio nitrogenases, nitrato redutases
Cromo Metabolismo da glicose
Níquel Presente nas enzimas hidrogenases e ureases
Selênio Ocorre no tRNA, formato-desidrogenases e oxirredutases
Tungstênio Presente nas formato-desidrogenases e oxitransferases
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Compostos orgânicos requeridos em pequenas quantidades e somente por algumas bactérias que não podem sintetizá-los.
Muitos microrganismos são capazes de sintetizá-los.
Três grupos principais
Ácidos graxos insaturados, colesterol e poliaminas
Fatores de crescimento
Aminoácidos
Vitaminas
Purinas Pirimidinas
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Vitaminas requeridas pelos microrganismos e suas funções
* Componentes de coenzimas
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Fontes de carbono e energia para o crescimento bacteriano
De acordo com a fonte de carbono e de energia que utilizam as bactérias podem ser classificadas em:
Heterotróficos – microrganismos que utilizam composto orgânico como fonte de carbono. Ex: carboidratos
Autotróficos – Microrganismos que utilizam composto inorgânico como fonte de carbono. Ex: CO2
Quimiotróficos – microrganismos que utilizam compostos químicos (orgânicos ou inorgânicos) como fonte de energia
Fototróficos – microrganismos que utilizam a luz como fonte de energia
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Diversidade Metabólica entre os organismos
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Processo de nutrição em procariotos
Gram positivas
Sintetizam exoenzimas que são liberadas no meio, clivando os
nutrientes, que são captados por proteínas transportadoras.
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Processo de nutrição em procariotos Gram negativas
Porinas associadas à membrana externa que permitem a passagem de moléculas hidrofílicas, de baixa massa molecular. No espaço periplasmático são encontrados proteases, fosfatases, lipases, nucleases e enzimas de degradação de carboidratos.
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Formas de obtenção de energia
Respiração aeróbica
Respiração anaeróbica
Fermentação
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Conceitos básicos
• Glicólise: oxidação da glicose a ácido pirúvico com produção de ATP e NADH.
• Ciclo de Krebs: oxidação de acetil-CoA (um derivado do ácido pirúvico) a dióxido de carbono, com produção de ATP, NADH e FADH2.
• Cadeia de transporte de elétrons: Cascata de reações de oxirredução envolvendo uma série de transportadores de elétrons. A energia dessas reações é utilizada para gerar grande quantidade de ATP.
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Compostos orgânicos são
completamente degradados
O2 é o aceptor final dos
elétrons
Respiração aeróbica
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Processo no qual os compostos orgânicos são completamente
degradados, e uma molécula diferente do O2 é o aceptor final dos
elétrons (carbonato, sulfato, nitrato, fumarato).
A quantidade de ATP gerada na respiração anaeróbica varia de
acordo com o microrganismo e a via.
Tem rendimento energético menor do que a respiração
aeróbica.
Respiração anaeróbica
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Fermentação
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• Não requer ciclo de Krebs ou CTE
• Utiliza molécula orgânica como aceptor final de elétrons.
• Não requer oxigênio, mas pode ocorrer na presença deste.
• Produz pequenas quantidades de ATP (grande parte da energia permanece nas ligações químicas dos compostos orgânicos formados).
Processo no qual os compostos orgânicos são parcialmente degradados
Fermentação
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Os microrganismos em crescimento estão, na
verdade, aumentando o seu número e se
acumulando em colônias
COLÔNIAS - grupos de células (visualização sem
utilização de microscópio).
Crescimento microbiano – refere-se ao aumento do número e não do tamanho
das células.
Crescimento microbiano
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Fatores necessários para o crescimento microbiano
Químicos
Físicos - químicos (ambientais)
Macronutrientes
Micronutrientes
Fatores de crescimento
Temperatura
pH
Pressão osmótica
Oxigênio
Água
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Efeito da temperatura no crescimento microbiano
Temperatura
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Classificação dos microrganismos quanto à temperatura de crescimento
Temperatura
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Efeito do pH no crescimento microbiano
A maioria das bactérias cresce melhor dentro de variações pequenas de pH, sempre perto da neutralidade, entre pH 6,5 e 7,5.
pH
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A capacidade dos
microrganismos se adaptar
a pressões osmóticas
chama-se
OSMOADAPTAÇÃO.
Pressão osmótica
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Oxigênio
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Componente universal das células
Formas reativas (tóxicas) de oxigênio
Oxigênio
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Mecanismo de detoxificação
Oxigênio
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As bactérias se multiplicam por fissão binária, um processo que ocorre devido à formação de septos, que se dirigem da superfície para o interior da célula, dividindo a bactéria em duas células filhas. O DNA da célula parental se replica, de forma semi-conservativa
O período da divisão celular depende do tempo de geração de cada bactéria.
Tempo de geração: tempo necessário para uma célula se dividir em duas
Ciclo celular bacteriano
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Divisão celular
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Divisão celular
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Curva de crescimento bacteriano