BACTERIOLOGIA - CAPíTULO TRÊS  

NUTRIÇÃO, CRESCIMENTO E METABOLISMO ENERGÉTICO

 

Dr Alvin Fox
Emeritus Professor
University of South Carolina School of Medicine

 

Tradução: Dr. Paulo E. Moretti

Palavras-Chave

Glicólise

Fermentação

Respiração anaeróbica

Respiração aeróbica

Anaeróbico facultativo

Aeróbico obrigatório

Anaeróbico obrigatório

Anaeróbico aerotolerante

Aeróbico microaerófilo

Sideróforo

Mesófilo

Termófilo

Psicrófilo

Tempo de geração

Ciclo do ácido tricarboxílico (CAT) ou Ciclo de Krebs

Via do glioxilato ubiquinona

Os requerimentos para o crescimento das bactérias incluem fontes de energia, carbono "orgânico" (por exemplo, açúcares e ácidos graxos) e íons metálicos (por exemplo, ferro). Outros fatores importantes são: temperatura ótima, pH ótimo e a presença (ou ausência) de oxigênio.
 

Requerimentos de oxigênio

Bactérias aeróbicas obrigatórias requerem a presença de oxigênio para poderem crescer; estas não realizam fermentação. Bactérias anaeróbicas obrigatórias não efetuam a fosforilação oxidativa. Além disso, elas são mortas pelo oxigênio. Essas bactérias não expressam certas enzimas tais como a catalase [que quebra peróxido de hidrogênio, H₂O₂, em água e oxigênio], a peroxidase [pela qual NADH + H₂O são convertidos a NAD e O₂] e a superóxido dismutase [pela qual o superóxido, O₂^-, é convertido a H₂O₂]. Estas enzimas detoxificam os radicais livres de peróxido e de oxigênio produzidos durante o metabolismo na presença de oxigênio. Organismos anaeróbicos aerotolerantes são bactérias que respiram anaerobicamente, mas que podem sobreviver na presença de oxigênio. Bactérias anaeróbicas facultativas podem realizar tanto fermentação quanto respiração. Na presença de oxigênio, a respiração anaeróbica é geralmente desligada e esses microrganismos respiram aerobicamente. Bactérias microaerófilas crescem bem em baixas concentrações de oxigênio, mas são mortas em altas concentrações.
 

Requerimentos nutricionais

Estes incluem fontes de carbono orgânico, nitrogênio, fósforo, enxofre e íons metálicos incluindo ferro. As bactérias secretam pequenas moléculas que se ligam ao ferro (sideróforos, por exemplo, enterobactina e micobactina). Os sideróforos (com ferro ligado) são internalizados pela célula bacteriana após ligarem-se a receptores específicos. O hospedeiro humano também tem proteínas transportadoras de ferro (por exemplo, a transferrina). Desta forma, bactérias que não competem eficazmente com o hospedeiro pelo ferro disponível são pouco patogênicos.
 

Temperatura

As bactérias podem crescem em uma variedade de temperaturas desde muito próximas do congelamento até próximas do ponto de ebulição da água. Aquelas que crescem melhor em temperaturas medianas neste espectro são denominadas mesófilas, as quais incluem todos os patógenos e oportunistas humanos. Aquelas que crescem melhor em temperaturas mais baixas ou mais altas são respectivamente denominadas psicrófilas e termófilas.
 

pH

Muitas bactérias crescem melhor em pH neutro. Contudo, certas bactérias podem sobreviver e mesmo crescer em condições de pH muito baixo ou muito alto.
 

Medindo a massa de culturas bacterianas em meio líquido

Os métodos mais comuns incluem medidas:

a) da turbidez (a opacidade de uma cultura bacteriana em meio líquido - a medida das bactérias totais [vivas e mortas] - isto é usualmente quantificado com um espectrofotômetro). Figura 1.

b) do número de bactérias viáveis em uma cultura - usualmente obtido pela contagem do número de colônias que crescem em meio sólido - em placa de Petri - após a semeadura de um volume conhecido da cultura (contagem de unidades formadoras de colônia). Em cada um dos métodos, gráficos construídos com o logarítmo das medidas de turbidez ou o número de células viáveis versus unidades de tempo são denominados curvas de crescimento. O tempo de geração é definido como o tempo requerido para a massa bacteriana dobrar de tamanho.
 

Metabolismo de açúcares (como exemplo de vias metabólicas)

Glicólise (Via de Embden, Meyerhof and Parnas [EMP])

Esta é a via metabólica mais comum em bactérias para o metabolismo de açúcar (é também encontrada na maioria das células animais e vegetais). Uma série de processos enzimáticos resultam na conversão de açúcares em piruvato, gerando ATP e NADH (nicotinamida adenina dinucleotídio). A energia química necessária para propósitos biossintéticos é armazenada nos compostos formados (ATP e NADH).

* número de carbonos na molécula

Há alternativas para essa via para catabolizar açúcares com a finalidade de se produzir energia armazenada na forma de ATP. Estas incluem a via da pentose fosfato (derivada da via hexose monofosfato) que é encontrada na maioria das plantas e animais. O NADH é gerado através dessa via. Outra via, a Entner Doudoroff, só é encontrada em algumas bactérias.
 

Respiração anaeróbica

A respiração anaeróbica inclui a glicólise e a fermentação. Durante os últimos estágios deste processo, o NADH (gerado durante a glicólise) é convertido a NAD pela perda de um hidrogênio. O hidrogênio á adicionado ao piruvato e, dependendo da espécie da bactéria, são produzidos uma variedade de produtos metabólicos finais.

Respiração aeróbica

A respiração aeróbica envolve a glicólise e ao ciclo do ácido tricarboxílico (ciclo de Krebs). O piruvato ó completamente degradado a dióxido de carbono (C1) e, no processo, o NAD é convertido a NADH. Desta forma, na fermentação aeróbica, o NADH é gerado a partir de duas rotas (glicólise e ciclo de Krebs). A oxidação fosforilativa converte o excesso de NADH a NAD e, no processo, mais ATP (energia armazenada) é produzido. As ubiquinonas e os citocromos são componentes da cadeia de transporte de elétrons envolvida neste último processo. A conversão de oxigênio a água é o passo final deste processo.

Ciclo de Krebs (compostos intermediários C4-C6)

Fosforilação oxidativa

O ciclo de Krebs (Figura 2) contém intermediários de 4 e 6 carbonos. O piruvato (C3) supre o ciclo de Krebs de tal maneira que o número de intermediários de C4/C6 permanece o mesmo ou aumenta.

a) a perda de CO₂ (C1) do piruvato para formar acetil CoA, seguida de sua adição a um componente C4 do ciclo (oxaloacetato) produz um componente C6 (ácido cítrico). Assim, o número de moléculas de C6 produzidas se iguala ao número de moléculas de C4 inicialmente presentes.

b) pela adição de CO₂ ao piruvato um composto C4 é produzido. Nesta circunstância, são formadas moléculas adicionais de C4 (um componente do ciclo). 

Desta forma, se alguns dos componentes do ciclo são removidos para uso em outras vias biossintéticas, estes podem ser repostos por meio desta reação.
 

Metabolismo de ácidos graxos

Os ácidos são degradados a grupos acetil (C2) que suprem o ciclo de Krebs por sua adição a um intermediário C4 produzindo uma molécula C6. Durante o ciclo, o C2 adicionado é perdido como CO₂ e C4 é produzido. Não ocorre aumento no número de moléculas intermediárias do ciclo. Assim, se ácidos graxos são a única fonte de carbono, nenhum intermediário do ciclo de Krebs pode ser removido sem que o ciclo se interrompa.

Ao invés, as bactérias utilizam o ciclo do glioxilato (Figura 2) (um ciclo de Krebs modificado) no qual não acontecem os passos enzimáticos em que duas moléculas de CO₂ são removidas do C6 intermediário. Este último é convertido a dois compostos C4 (ambos componentes do ciclo). Desta forma, para cada grupo acetil (dos ácidos graxos) um ciclo intermediário pode ser produzido. Usualmente, a via do glioxilato não é encontrada em células animais uma vez que são utilizados ácidos graxos pré-formados presentes no alimentos.

Em resumo, o ciclo de Krebs funciona para produzir energia e compostos de carbono. Contudo, se os intermediários forem removidos para uso em outras vias metabólicas, estes devem ser repostos. O processo de reposição é diferente quando da utilização de açúcares ou ácidos graxos.