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Metabolismo Microbiano. Produção de energia e biossíntese. Introdução. Metabolismo: . grego: metabole = mudança, transformação. Toda a atividade química realizada pelos organismos São de dois tipos gerais: - Aquelas que envolvem a liberação de energia: CATABOLISMO

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metabolismo microbiano

Metabolismo Microbiano

Produção de energia e biossíntese

introdu o
Introdução
  • Metabolismo:
  • grego: metabole = mudança, transformação
  • Toda a atividade química realizada pelos organismos
  • São de dois tipos gerais:
  • - Aquelas que envolvem a liberação de energia: CATABOLISMO
  • - Aquelas envolvidas na utilização da energia: ANABOLISMO
  • Muitos dos mecanismos metabólicos microbianos são também utilizados pelos macro organismos, inclusive o homem.
produ o de energia
Produção de energia
  • Requerimentos de energia:
          • Síntese dos componentes celulares: parede, membrana, etc.
          • síntese de enzimas, ácidos nucléicos, polissacarídeos, etc.
          • reparos e manutenção da célula
          • crescimento e multiplicação
          • acumulação de nutrientes e excreção de produtos indesejáveis
          • motilidade
fontes de energia
Fontes de energia
  • Para a maioria dos microrganismos a energia é retirada de moléculas químicas (nutrientes)
  • Para outros a energia é proveniente da luz.
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Quimiotróficos

(utilizam substâncias químicas

como fonte de energia)

Quimiolitotróficos

C= CO2

Quimiorganotróficos

C=orgânico

Nitrosomonas europaea:

Amônia nitrito + energia

Streptococcus lactis:

glicose ácido lático + energia

compostos que armazenam energia
Compostos que armazenam energia

Mais importante nos seres vivos

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Fluxo da energia

A concentração de ATP na célula é baixa.

Numa célula em plena atividade chega a 2 mM

Até 45%

Em motores a explosão ou em turbinas o rendimento oscila em torno de 30%.

Fosforilação

produ o de atp pelos microrganismos
Produção de ATP pelos microrganismos

Mecanismos:

a. Fosforilação em nível de substrato:

O grupo fosfato de um composto químico é removido e adicionado diretamente ao ADP

b. Fosforilação oxidativa

c. Fotofosforilação

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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

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b. Fosforilação oxidativa

A energia liberada pela oxidação de compostos químicos é utilizada na síntese de ATP

Oxidação: perda de elétrons (ou também perda de H)

H  H+ + e-

COOH-CH2-CH2-COOH  COOH-CH=CH-COOH + 2H

(ácido succínico)

A Fosforilaçãooxidativaenvolve uma cadeia de transporte de elétrons (série de reações integradas)

► energia liberada aos poucos e mais eficientemente (até 45 %)

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Fosforilação oxidativa

Sistema O/R: próximo membro do sistema tem maior capacidade para receber elétrons

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3.Fotofosforilação:

A energia da luz é utilizada para a síntese de ATP

O NADPH é utilizado para reduzir o CO2 no processo de fixação do CO2

vias de degrada o de nutrientes para produ o energia
Vias de degradação de nutrientes para produção 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.
  • Isso é feito por meio de uma série de reações químicas catalisadas por enzimas: catabolismo
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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/FAD
  • Proteínas com Fe e S
  • Quinonas
  • NAD+ + 2 e- + 2 H+ → NADH + H
  • bom doador
vias de degrada o de nutrientes para produ o energia1
Vias de degradação de nutrientes para produção energia
  • Vias catabólicas

- regeneração do NAD+

(as células possuem uma quantidade limitada de NAD)

1. Fermentação:

O NAD é regenerado utilizando um aceptor produzido pela própria célula

2. Respiração aeróbia

3. Respiração anaeróbia

Todas as vias também fornecem precursores para a biossíntese

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quantidade limitada na célula

Glicólise

Lactobacilos

Enterobactérias

Leveduras

s ntese da fermenta o
Síntese da Fermentação
  • ausência de aceptores externos de elétrons
  • reações de oxidação e redução de um composto orgânico balanceadas internamente
  • fosforilação em nível de substrato
  • Pouca eficiência na produção de de energia:

(2 ATP/mol de glicose)

  • Maior parte da energia retida no produto final:

O álcool tem alto teor energético

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Vias catabólicas
          • regeneração do NAD+

1. Fermentação

2. Respiração aeróbia:

- O NADH doa elétrons para o sistema de transporte de elétrons para regenerar o NAD.

- O aceptor final de elétrons é o oxigênio

- Resulta também na geração da força protomotiva e produção de mais ATP

3. Respiração anaeróbia

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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 produção de ATP.

s ntese da respira o aer bia
Síntese da Respiração aeróbia
  • reações de oxidação e redução em presença de um aceptor de elétrons externo
  • A molécula inteira do substrato é oxidada
  • alto potencial de energia
  • grande quantidade de ATP é gerada: 38 ATPs
3 respira o anaer bia
3. Respiração anaeróbia
  • aceptor final de elétrons diferente do O2
        • C6H12O6 + 12 NO3- 6CO2 + 6H2O + 12NO2-
        • 2 lactato + SO4= + 4H+  2 acetato + 2CO2 + S= + H2O

A respiração anaeróbia, exclusividade dos procariotos, só ocorre em ambientes onde o oxigênio é escasso, como nos sedimentosmarinhos e lacustres ou próximo de nascentes hidrotermais submarinas.

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Nenhum desses aceptores são eletro positivos 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.

generalidades sobre as vias biossint ticas
Generalidades sobre as vias biossintéticas:
  • As vias começam com a síntese das unidades estruturais simples
  • As unidades estruturais são ativadas com a energia de moléculas como o ATP, GTP, NADH, NADPH
  • As unidades estruturais são unidas para formar substâncias complexas da célula.
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Biossíntese

Polímeros

Polissacarídeos (ex: peptideglicano) são sintetizados a partir de hexoses como o UDP-Glicose

A ativação do monossacarídeo utiliza energia do ATP e UTP (uridina trifosfato)

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Ácidos graxos

Para biossíntese de lipídeos

Energia fornecida pelo NADPH