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Metabolismo Microbiano

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

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Presentation Transcript

  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, etc. • 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) • Para outros a energia é proveniente da luz.

  5. 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

  6. Anabaena cylindrica (cianobactéria) Luz energia

  7. Compostos que armazenam energia Mais importante nos seres vivos

  8. 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

  9. 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

  10. 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

  11. Fosforilação em nível de substrato

  12. 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 %)

  13. Peter Mitchell, 1978- Prêmio Nobel

  14. Fosforilação oxidativa Sistema O/R: próximo membro do sistema tem maior capacidade para receber elétrons

  15. 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

  16. 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

  17. Vias de degradação de nutrientes para produção de energia

  18. 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

  19. 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

  20. quantidade limitada na célula Glicólise Lactobacilos Enterobactérias Leveduras

  21. 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

  22. 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

  23. 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.

  24. Fosforilação oxidativa

  25. 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

  26. 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.

  27. 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.

  28. Utilização da energia

  29. 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.

  30. Fornecimento de precursores de aminoácidos

  31. 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)

  32. Ácidos nucléicos ATP

  33. Aminoácidos

  34. Ácidos graxos Para biossíntese de lipídeos Energia fornecida pelo NADPH

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