metabolismo microbiano produção de energia e biossíntese
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Metabolismo Metabolismo MicrobianoMicrobiano
Produção de energia e Produção de energia e biossíntesebiossíntese
IntroduçãoIntrodução
Metabolismo: Metabolismo: • grego: grego: metabolemetabole = mudança, = mudança, transformaçãotransformação• Toda a atividade química realizada pelos Toda a atividade química realizada pelos
organismosorganismos
São de dois tipos gerais:São de dois tipos gerais:
- Aquelas que envolvem a liberação de energia: - Aquelas que envolvem a liberação de energia:
CATABOLISMOCATABOLISMO
- Aquelas envolvidas na utilização da energia: - Aquelas envolvidas na utilização da energia:
ANABOLISMOANABOLISMO
Muitos dos mecanismos metabólicos microbianos são Muitos dos mecanismos metabólicos microbianos são
também utilizados pelos macro organismos, inclusive o também utilizados pelos macro organismos, inclusive o
homem.homem.
Produção de energiaProdução de energia
Requerimentos de energia:Requerimentos de energia:
Síntese dos componentes celulares: parede, membrana, Síntese dos componentes celulares: parede, membrana, etc.etc.
síntese de enzimas, ácidos nucléicos, polissacarídeos, síntese de enzimas, ácidos nucléicos, polissacarídeos, fosfolipídiosfosfolipídios
reparos e manutenção da célulareparos e manutenção da célula crescimento e multiplicaçãocrescimento e multiplicação acumulação de nutrientes e excreção de produtos acumulação de nutrientes e excreção de produtos
indesejáveisindesejáveis motilidademotilidade
Fontes de energiaFontes de energia
Para a Para a maioriamaioria dos microrganismos dos microrganismos a energia é retirada de moléculas a energia é retirada de moléculas químicas (nutrientes, substratos)químicas (nutrientes, substratos)
Para outros a energia é proveniente Para outros a energia é proveniente da luz.da luz.
Quimiotróficos(utilizam substâncias
químicas como fonte de energia)
QuimiolitotróficosC= CO2
QuimiorganotróficosC=orgânico
A maioria dos microrganismos
Principais fontes de energiaPrincipais fontes de energia
Quimiorganotróficos Quimiorganotróficos (quimioheterotróficos)(quimioheterotróficos)- substâncias orgânicas:- substâncias orgânicas:
Streptococcus lactisStreptococcus lactis
glicose glicose ácido lático + energiaácido lático + energia
Quimiolitotróficos Quimiolitotróficos (quimioautotróficos)(quimioautotróficos)
- - substâncias inorgânicas:substâncias inorgânicas:
Nitrosomonas europaeaNitrosomonas europaeaAmônia + COAmônia + CO22 nitrito + energianitrito + energia
FototróficosFototróficos
Anabaena cylindrica Anabaena cylindrica (cianobactéria)(cianobactéria)
LuzLuz energiaenergia
Compostos que armazenam Compostos que armazenam energiaenergia
Mais importante nos seres vivos
Fluxo da energia
A concentração de ATP na célula é baixa.
Numa célula em plena atividade chega a 2 mM
Em motores a explosão ou em turbinas o rendimento oscila em torno de 30%.
Produção de ATP pelos Produção de ATP pelos microrganismosmicrorganismos
Mecanismos:Mecanismos:
Fosforilação em nível de substratoFosforilação em nível de substrato: :
O grupo fosfato de um composto químico é removido e O grupo fosfato de um composto químico é removido e adicionado diretamente ao ADPadicionado diretamente ao ADP
Fosforilação oxidativaFosforilação oxidativa
FotofosforilaçãoFotofosforilação
►►Fosforilação é a adição de um grupo fosfato (POFosforilação é a adição de um grupo fosfato (PO44) a outra molécula) a outra molécula
O grupo fosfato é adicionado a algum intermediário tornando-se de alta energia que pode ser transferido ao ADP.
Reações OXI-RED internamente balanceadas: alguns átomos do substrato tornam-se mais reduzidos, enquanto outros mais oxidados
Fosforilação em nível de substratoFosforilação em nível de substrato
Fosforilação em nível de substratoFosforilação em nível de substrato
Fosforilação oxidativaFosforilação oxidativa::A energia liberada pela oxidação de compostos A energia liberada pela oxidação de compostos químicos é utilizada na síntese de ATPquímicos é utilizada na síntese de ATP
FotofosforilaçãoFotofosforilação
Produção de ATP pelos Produção de ATP pelos microrganismosmicrorganismos
Oxidação: perda de elétrons (ou também perda de H)
H H+ + e-
Fe++ Fe+++ + e-
COOH-CH2-CH2-COOH COOH-CH=CH-COOH + 2H
(ácido succínico)
A Fosforilação oxidativa envolve uma cadeia de transporte de elétrons (CTE - série de reações integradas)
► energia liberada aos poucos e mais eficientemente (até 45 %)
• sistema O/R: próximo membro do sistema tem maior capacidade para receber elétrons
• doador (O/R)1 (O/R)2 (O/R)3 (O/R)4 aceptor nutriente composto oxidado
Fosforilação oxidativaFosforilação oxidativa
Fosforilação oxidativaFosforilação oxidativa
Fosforilação oxidativa
Fosforilação em nível de substratoFosforilação em nível de substrato
Fosforilação oxidativaFosforilação oxidativa
Fotofosforilação:Fotofosforilação:
A energia da luz é utilizada para a síntese de A energia da luz é utilizada para a síntese de ATPATP
Produção de ATP pelos Produção de ATP pelos microrganismosmicrorganismos
Fotofosforilação
O NADPH é utilizado para reduzir o CO2: Processo de fixação do CO2
Organização do complexos protéicos na membrana fotossintética de uma bactéria fototrófica.O gradiente de prótons gerado pela luz é utilizado na síntese de ATP, catalisada pela ATP sintase.
Carreadores de elétrons
Numa reação de oxidação-redução, a transferência de elétrons normalmente requer a participação de intermediários, denominados carreadores.
Classes:
- Que se difundem livremente: NAD+, NADP+
- Associados à membrana:Flavoproteínas FMN/FADProteínas com Fe e SQuinonas
NAD+ + 2 e- + 2 H+ → NADH + H
bom doador
Vias de degradação de nutrientes para Vias de degradação de nutrientes para produção energiaprodução energia
Microrganismos que obtém energia de nutrientes orgânicos (Quimiotróficos) devem inicialmente decompor os nutrientes em compostos que possam ser utilizados para a produção de energia.
Vias de degradação de nutrientes para produção Vias de degradação de nutrientes para produção energiaenergia
Vias de degradação de nutrientes para Vias de degradação de nutrientes para produção energiaprodução energia
Vias catabólicasVias catabólicas glicóliseglicólise regeneração do NADregeneração do NAD++
Fermentação:Fermentação:O NAD é regenerado utilizando um aceptor produzido O NAD é regenerado utilizando um aceptor produzido pela própria célulapela própria célula
Respiração aeróbiaRespiração aeróbia Respiração anaeróbiaRespiração anaeróbia
Todas as vias também fornecem precursores para a biossínteseTodas as vias também fornecem precursores para a biossíntese
Glicólise
quantidade limitada na célula
Lactobacilos
Leveduras
Enterobactérias
Síntese da FermentaçãoSíntese da Fermentação
ausência de aceptores externos de elétronsausência de aceptores externos de elétrons
reações de oxidação e redução de um composto reações de oxidação e redução de um composto
orgânico orgânico balanceadas internamentebalanceadas internamente
fosforilação em nível de substratofosforilação em nível de substrato
Pouca eficiência na produção de de energia:Pouca eficiência na produção de de energia:
(2 ATP/mol de glicose)(2 ATP/mol de glicose)
Maior parte da energia retida no produto final:Maior parte da energia retida no produto final:
O álcool tem alto teor energéticoO álcool tem alto teor energético
Vias catabólicasVias catabólicas glicóliseglicólise regeneração do NADregeneração do NAD++
FermentaçãoFermentação
Respiração aeróbia:Respiração aeróbia:o NADH doa elétrons para o sistema de transporte de o NADH doa elétrons para o sistema de transporte de elétrons para regenerar o NAD.elétrons para regenerar o NAD.O aceptor final de elétrons é o oxigênioO aceptor final de elétrons é o oxigênioResulta também na geração da força protomotiva e Resulta também na geração da força protomotiva e produção de mais ATPprodução de mais ATP
Respiração anaeróbiaRespiração anaeróbia
O ciclo de Krebs(ciclo do ácido cítrico)
A degradação da glicose por organismos aeróbios normalmente não para com a produção do ácido pírúvico.
Cada molécula de NADH pode doar elétrons para o sistema de transporte para geração da força protomotiva e geração de
ATP.
Fosforilação oxidativa
Síntese da Respiração aeróbiaSíntese da Respiração aeróbia
reações de oxidação e redução em reações de oxidação e redução em presença de um aceptor de elétrons presença de um aceptor de elétrons externoexterno
A molécula inteira do substrato é oxidadaA molécula inteira do substrato é oxidada alto potencial de energiaalto potencial de energia grande quantidade de ATP é gerada: 38 grande quantidade de ATP é gerada: 38
ATPsATPs
Respiração anaeróbiaRespiração anaeróbia
aceptor final de elétrons diferente do Oaceptor final de elétrons diferente do O22
oxidação de substratos orgânicos ou oxidação de substratos orgânicos ou inorgânicos:inorgânicos:
CC66HH1212OO66 + 12 NO + 12 NO33-- 6CO 6CO22 + 6H + 6H22O + 12NOO + 12NO22
--
2 lactato + SO2 lactato + SO44== + 4H + 4H++ 2 acetato + 2CO 2 acetato + 2CO22 + S + S== + H + H22O O
Nenhum desses aceptores são eletropositivos quanto o O2/H2O.
Assim, menos energia é liberada.
Em contrapartida, o uso desses aceptores alternativos permitem os microrganismos respirarem na ausência de O2, com grande importância ecológica.
Utilização de energiaUtilização de energia
Generalidades sobre as vias Generalidades sobre as vias biossintéticas:biossintéticas:
1)1) As vias começam com a síntese das unidades As vias começam com a síntese das unidades
estruturais simplesestruturais simples
2)2) As unidades estruturais são ativadas com a As unidades estruturais são ativadas com a
energia de moléculas energia de moléculas como o ATP, GTP, NADH, como o ATP, GTP, NADH,
NADPHNADPH
3)3) As unidades estruturais são unidas para formar As unidades estruturais são unidas para formar
substâncias complexas da célula.substâncias complexas da célula.
Fornecimento de precursores de aminoácidos
BiossínteseBiossíntese
PolímerosPolímeros
Polissacarídeos (ex: Polissacarídeos (ex: peptideglicano) são sintetizados a peptideglicano) são sintetizados a partir de hexoses como o UDP-partir de hexoses como o UDP-GlicoseGlicose
A ativação do monossacarídeo A ativação do monossacarídeo utiliza energia do ATP e UTP utiliza energia do ATP e UTP (uridina trifosfato)
Ácidos nucléicosÁcidos nucléicos
ATP
AminoácidosAminoácidos
Ácidos graxosÁcidos graxos
Para biossíntese de Para biossíntese de lipídeoslipídeos
Energia fornecida pelo NADPH
Síntese do peptidoglicano
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