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Metabolismo Microbiano Produção de energia e biossíntese.

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1 Metabolismo Microbiano Produção de energia e biossíntese

2 Introdução Metabolismo: Metabolismo: grego: metabole = mudança, transformação 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 que envolvem a liberação de energia: CATABOLISMO - Aquelas envolvidas na utilização da energia: ANABOLISMO - Aquelas envolvidas na utilização da energia: ANABOLISMO Muitos dos mecanismos metabólicos microbianos são também utilizados pelos macro organismos, inclusive o homem.

3 Produção de energia Requerimentos de energia: Requerimentos de energia: Síntese dos componentes celulares: parede, membrana, etc. Síntese dos componentes celulares: parede, membrana, etc. síntese de enzimas, ácidos nucléicos, polissacarídeos, fosfolipídios síntese de enzimas, ácidos nucléicos, polissacarídeos, fosfolipídios reparos e manutenção da célula reparos e manutenção da célula crescimento e multiplicação crescimento e multiplicação acumulação de nutrientes e excreção de produtos indesejáveis acumulação de nutrientes e excreção de produtos indesejáveis motilidade motilidade

4 Fontes de energia Para a maioria dos microrganismos a energia é retirada de moléculas químicas (nutrientes, substratos) Para a maioria dos microrganismos a energia é retirada de moléculas químicas (nutrientes, substratos) Para outros a energia é proveniente da luz. Para outros a energia é proveniente da luz.

5 Quimiotróficos (utilizam substâncias químicas como fonte de energia) Quimiolitotróficos C= CO 2 Quimiorganotróficos C=orgânico A maioria dos microrganismos

6 Principais fontes de energia Quimiorganotróficos (quimioheterotróficos) Quimiorganotróficos (quimioheterotróficos) - substâncias orgânicas: Streptococcus lactis Streptococcus lactis glicose ácido lático + energia glicose ácido lático + energia Quimiolitotróficos (quimioautotróficos) Quimiolitotróficos (quimioautotróficos) - substâncias inorgânicas: Nitrosomonas europaea Amônia + CO 2 nitrito + energia

7 Fototróficos Fototróficos Anabaena cylindrica (cianobactéria) Anabaena cylindrica (cianobactéria) Luzenergia

8 Compostos que armazenam energia Mais importante nos seres vivos

9 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%.

10 Produção de ATP pelos microrganismos Mecanismos: Fosforilação em nível de substrato: Fosforilação em nível de substrato: O grupo fosfato de um composto químico é removido e adicionado diretamente ao ADP Fosforilação oxidativa Fosforilação oxidativa Fotofosforilação Fotofosforilação Fosforilação é a adição de um grupo fosfato (PO 4 ) a outra molécula Fosforilação é a adição de um grupo fosfato (PO 4 ) a outra molécula

11 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

12 Fosforilação em nível de substrato

13 Fosforilação em nível de substrato Fosforilação em nível de substrato Fosforilação oxidativa: Fosforilação oxidativa: A energia liberada pela oxidação de compostos químicos é utilizada na síntese de ATP Fotofosforilação Fotofosforilação Produção de ATP pelos microrganismos

14 Oxidação: perda de elétrons (ou também perda de H) H H + + e - Fe ++ Fe e - COOH-CH 2 -CH 2 -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 oxidativa

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17 Fosforilação em nível de substrato Fosforilação em nível de substrato Fosforilação oxidativa Fosforilação oxidativa Fotofosforilação: Fotofosforilação: A energia da luz é utilizada para a síntese de ATP Produção de ATP pelos microrganismos

18 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.

19 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 e H+ NADH + H bom doador

20 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.

21 Vias de degradação de nutrientes para produção energia

22 Vias catabólicas Vias catabólicas glicólise glicólise regeneração do NAD + regeneração do NAD + Fermentação: Fermentação: O NAD é regenerado utilizando um aceptor produzido pela própria célula Respiração aeróbia Respiração aeróbia Respiração anaeróbia Respiração anaeróbia Todas as vias também fornecem precursores para a biossíntese

23 Glicólise quantidade limitada na célula Lactobacilos Leveduras Enterobactérias

24 Síntese da Fermentação ausência de aceptores externos de elétrons ausência de aceptores externos de elétrons reações de oxidação e redução de um composto orgânico balanceadas internamente reações de oxidação e redução de um composto orgânico balanceadas internamente fosforilação em nível de substrato fosforilação 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 energético

25 Vias catabólicas Vias catabólicas glicólise glicólise regeneração do NAD + regeneração do NAD + Fermentação Fermentação Respiração aeróbia: 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 Respiração anaeróbia Respiração anaeróbia

26 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.

27 Fosforilação oxidativa

28 Síntese da Respiração aeróbia reações de oxidação e redução em presença de um aceptor de elétrons externo reações de oxidação e redução em presença de um aceptor de elétrons externo A molécula inteira do substrato é oxidada A molécula inteira do substrato é oxidada alto potencial de energia alto potencial de energia grande quantidade de ATP é gerada: 38 ATPs grande quantidade de ATP é gerada: 38 ATPs

29 Respiração anaeróbia aceptor final de elétrons diferente do O 2 aceptor final de elétrons diferente do O 2 oxidação de substratos orgânicos ou inorgânicos: oxidação de substratos orgânicos ou inorgânicos: C 6 H 12 O NO 3 - 6CO 2 + 6H 2 O + 12NO 2 - C 6 H 12 O NO 3 - 6CO 2 + 6H 2 O + 12NO lactato + SO 4 = + 4H + 2 acetato + 2CO 2 + S = + H 2 O 2 lactato + SO 4 = + 4H + 2 acetato + 2CO 2 + S = + H 2 O

30 Nenhum desses aceptores são eletropositivos quanto o O 2 /H 2 O. Assim, menos energia é liberada. Em contrapartida, o uso desses aceptores alternativos permitem os microrganismos respirarem na ausência de O2, com grande importância ecológica.

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32 Utilização de energia

33 Generalidades sobre as vias biossintéticas: 1)As vias começam com a síntese das unidades estruturais simples 2)As unidades estruturais são ativadas com a energia de moléculas como o ATP, GTP, NADH, NADPH 3)As unidades estruturais são unidas para formar substâncias complexas da célula.

34 Fornecimento de precursores de aminoácidos

35 BiossíntesePolímeros Polissacarídeos (ex: peptideglicano) são sintetizados a partir de hexoses como o UDP-Glicose A ativação do monossacarídeo utiliza energia do ATP e UTP A ativação do monossacarídeo utiliza energia do ATP e UTP (uridina trifosfato)

36 Ácidos nucléicos ATP

37 Aminoácidos

38 Ácidos graxos Para biossíntese de lipídeos Energia fornecida pelo NADPH

39 Síntese do peptidoglicano


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