Fisiologia, Crescimento Bacteriano e Genética

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1 UNIVERSIDADE FEDERAL DE JUIZ DE FORA DEPARTAMENTO DE PARASITOLOGIA, MICROBIOLOGIA E IMUNOLOGIA Fisiologia, Crescimento Bacteriano e Genética Enfermagem Profa. Vânia Metabolismo Conjunto de todas as reações químicas dentro de uma célula Catabolismo Conjunto de processos de degradação de moléculas e nutrientes que liberam energia. Fornecem energia para as reações anabólicas. Anabolismo Conjunto de processos biossintéticos que requerem energia e que formam os componentes celulares a partir de moléculas menores. 1

2 Composição macromolecular de uma célula procariótica Nutrição dos microrganismos As células bacterianas são formadas a partir de substâncias químicas denominadas nutrientes. Os nutrientes 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 2

3 Macronutrientes Macronutrientes Funções Carbono (Compostos orgânicos, CO 2 ) Oxigênio (O 2, H 2 O, comp. orgânicos) Nitrogênio (NH 4, NO 3, N 2, comp. org.) Hidrogênio (H 2, H 2 O, comp. Orgânicos) Fósforo (PO 4 ) Constituintes de carboidratos, lipídeos, proteínas e ácidos nucleicos. Enxofre (SO 4, HS, S, comp. enxofre) Potássio (K + ) Atividade enzimática, cofator para várias enzimas Cálcio (Ca 2+ ) Cofator de enzimas, componente do endósporo Magnésio (Mg 2+ ) Cofator de enzimas, estabiliza ribossomos e membranas Ferro (Fe 2+ /Fe 3+ ) Constituição de citocromos e proteínas ferro enxofre (transportadores de elétrons), cofator de enzimas. * necessários em quantidades maiores Micronutrientes Manganês Cobalto Elementos Funções Presente nas enzimas que quebram a água no fotossistema II dos fototrópicos oxigênicos e nas superóxido dismutases. Presente vitamina B12 e transcarboxilases Zinco Presente nas metalopeptidases, metaloenzimas, DNA e RNA polimerases Cobre Enzimas envolvidas na respiração Molibdênio Cromo Níquel Selênio Tungstênio Presente nas enzimas molibdênio nitrogenases, nitrato redutases Metabolismo da glicose Presente nas enzimas hidrogenases e ureases Ocorre no trna, formato-desidrogenases e oxirredutases Presente nas formato-desidrogenases e oxitransferases * requeridos em pequenas quantidades; íons metálicos; cofatores para várias enzimas 3

4 Fatores de crescimento Compostos orgânicos requeridos em pequenas quantidades e somente por algumas bactérias que não podem sintetizá-los. Muitos microrganismos são capazes de sintetizá-los. Aminoácidos Três grupos principais Purinas Pirimidinas Vitaminas Vitaminas requeridas pelos microrganismos e suas funções * Componentes de coenzimas 4

5 Formas de obtenção de energia Respiração aeróbica Respiração anaeróbica Fermentação Conceitos básicos Glicólise: oxidação da glicose a ácido pirúvico com produção deatpenadh. Ciclo de Krebs: oxidação de acetil-coa (um derivado do ácido pirúvico) a dióxido de carbono, com produção de ATP, NADHeFADH 2. 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. 5

6 Respiração aeróbica Compostos orgânicos são completamente degradados O 2 é o aceptor final dos elétrons 6

7 Respiração anaeróbica Processo no qual os compostos orgânicos são completamente degradados, e uma molécula diferente do O 2 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. 7

8 Fermentação Processo no qual os compostos orgânicos são parcialmente degradados Nãorequer ciclodekrebsoucte 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). 8

9 Crescimento microbiano Crescimento microbiano refere-se ao aumento do número e não do tamanho das células. 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). 9

10 Fatores necessários para o crescimento microbiano Água Químicos Macronutrientes Micronutrientes Fatores de crescimento Temperatura Físicos -químicos (ambientais) ph Pressão osmótica Oxigênio Temperatura Efeito da temperatura no crescimento microbiano 10

11 Temperatura Classificação dos microrganismos quanto à temperatura de crescimento ph A maioria das bactérias cresce melhor dentro de variações pequenas de ph, sempre perto da neutralidade, entre ph6,5e7,5. Efeito do ph no crescimento microbiano 11

12 Pressão osmótica A capacidade dos microrganismos se adaptar a pressões osmóticas chama-se OSMOADAPTAÇÃO. Oxigênio 12

13 Oxigênio Componente universal das células Formas reativas (tóxicas) de oxigênio Oxigênio Mecanismo de detoxificação 13

14 Ciclo celular bacteriano 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 período da divisão celular depende do tempo de geração de cada bactéria. Tempo de geração: tempo necessário para uma célula se dividir em duas Divisão celular 14

15 Curva de crescimento bacteriano Genética bacteriana 15

16 A célula bacteriana Genoma informação genética de uma célula (cromossomoe plasmídeos) Estruturas contendo DNA que transportam fisicamente a informação hereditária, contém os genes Segmentos de DNA que codificam produtos funcionais 16

17 Cromossomo bacteriano Molécula de DNA dupla fita circular (maioria) Disperso no citoplasma (nucleiode) 1 cromossomo (maioria) Todas as informações essenciais para a sobrevivência da célula Fluxo da informação gênica 17

18 Plasmídeos MoléculasdeDNAduplafita Circulares(maioria) Menores que os cromossomos Bactérias Gram positivas e Gram negativas Carregam informação genética não essencial a célula, mas podem conferir uma vantagem seletiva, sob determinadas condições Importância biológica dos plasmídeos Carreiam genes que exercem profunda influência no fenótipo da célula Plasmídeo de resistência ameaça a terapia antimicrobiana 18

19 Variabilidade genética Mutação: alteração na sequência de bases do DNA sem aquisição de genes de outro microrganismo. Processo vertical Ocorre durante replicação cromossomo Recombinação genética: alteração no genótipo que ocorre pela aquisição de material genético de outro microrganismo. Processo horizontal Ocorre durante transformação, transdução e conjugação Mutação Esta alteração genética pode modificar o produto (proteína) codificado pelo gene. As mutações podem ser: neutras ou silenciosas código genético degenerado desvantajosas célula perde uma característica fenotípica de que ela necessita benéficas enzima alterada codifica pelo gene mutante possui atividade nova ou intensificada que beneficia a célula 19

20 Mutação Mutação da fase de leitura Pares de bases são removidos ou inseridos no DNA, altera a fase de leitura da tradução - proteína inativa B1 Mutação Espontânea Ocorre naturalmente sem a adição de um agente mutagênico específico, geralmente decorrente de erros cometidos pela DNA polimerase Induzida Resultado da exposição do microrganismo a um agente mutagênico que é capaz de introduzir danos ou alterações no DNA. *físico radiações UV *químico nitrosoguanidina, óxido nitroso 20

21 Slide 40 B1 Oxidalçao/desaminação de bases; Exemplos de modificações q geram mutações; enfase em métodos físicos. Bonoto; 10/10/2007

22 Recombinação genética Transformação Incorporação de DNA livre, geralmente decorrente de lise celular Conjugação Transferência de DNA de uma bactéria para outra que envolve o contato entre as duas células Transdução Transferência de material genético mediada por bacteriófago Transformação 21

23 Transformação Conjugação 22

24 Conjugação Transdução 23

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