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Metabolismo Microbiano

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Apresentação em tema: "Metabolismo Microbiano"— Transcrição da apresentação:

1 Metabolismo Microbiano
Produção de energia e biossíntese

2 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.

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

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

5 (utilizam substâncias
Quimiotróficos (utilizam substâncias químicas como fonte de energia) Quimiolitotróficos C= CO2 Quimiorganotróficos C=orgânico A maioria dos microrganismos

6 Principais fontes de energia
Quimiolitotróficos (quimioautotróficos) - substâncias inorgânicas: Nitrosomonas europaea Amônia + CO2 nitrito + energia Quimiorganotróficos (quimioheterotróficos) - substâncias orgânicas: Streptococcus lactis glicose ácido lático + energia

7 Fototróficos Anabaena cylindrica (cianobactéria) Luz energia

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: O grupo fosfato de um composto químico é removido e adicionado diretamente ao ADP Fosforilação oxidativa Fotofosforilação ►Fosforilação é a adição de um grupo fosfato (PO4) 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 Produção de ATP pelos microrganismos
Fosforilação em nível de substrato Fosforilação oxidativa: A energia liberada pela oxidação de compostos químicos é utilizada na síntese de ATP Fotofosforilação

14 Fosforilação oxidativa
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 composto oxidado nutriente

15 Fosforilação oxidativa

16 Fosforilação oxidativa

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

18 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. Fotofosforilação O NADPH é utilizado para reduzir o CO2: Processo de fixação do CO2

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+ + 2 e- + 2 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 de degradação de nutrientes para produção energia
Vias catabólicas glicólise regeneração do NAD+ Fermentação: O NAD é regenerado utilizando um aceptor produzido pela própria célula Respiração aeróbia Respiração anaeróbia Todas as vias também fornecem precursores para a biossíntese

23 quantidade limitada na célula
Glicólise Lactobacilos Enterobactérias Leveduras

24 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

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

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 A molécula inteira do substrato é oxidada alto potencial de energia grande quantidade de ATP é gerada: 38 ATPs

29 Respiração anaeróbia aceptor final de elétrons diferente do O2
oxidação de substratos orgânicos ou inorgânicos: C6H12O NO3-  6CO2 + 6H2O + 12NO2- 2 lactato + SO4= + 4H+  2 acetato + 2CO2 + S= + H2O

30 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.

31

32 Utilização de energia

33 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.

34 Fornecimento de precursores de aminoácidos

35 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)

36 Ácidos nucléicos ATP

37 Aminoácidos

38 Para biossíntese de lipídeos
Ácidos graxos Para biossíntese de lipídeos Energia fornecida pelo NADPH

39 Síntese do peptidoglicano


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