AULA METABOLISMO MICROBIANO

1. Metabolismo Microbiano
Produção de energia e biossíntese
Prof. Servio Tulio Cassini
PPGEA UFES

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. METABOLISMO
NUTRIENTES
ENZIMAS
F. AMBIENTAIS
Respiração
Biomassa
CO2
CH4
Principais Transformações Microbianas
1
2
3
4
5
6
Nutrientes  C (HO) N P S
Enzimas  varias classes
Fatores Ambientais  Temp, pH, Pressão, O2,
1 – Metabolismo Energético ( catabolismo)
2 – Metabolismo Biossintético ou Assimilativo ( anabolismo )
3 e 4 – Metabolismo aeróbio / anaeróbio
5 – Decomposição (Morte e Lise celular)
6 – Metabolismo Autotrófico

4. ENZIMAS

6. GRUPOS DE REAÇÕES ENZIMATICAS ( Ação + “ase” )
Hidrolases
Oxidases
Redutases
Liases
Transferases

9. Rotas Metabolicas

10. 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  BIOMASSA
 acumulação de nutrientes e excreção de produtos indesejáveis
 motilidade

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

12. 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

13.  Anabaena cylindrica (cianobactéria)
Luz energia

14. Compostos que armazenam energia
Mais importante nos seres
vivos

15. 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%.
Até 45%
Fosforilação

16. 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

17. 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

18. Fosforilação em nível de substrato

19. 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 Fosforilação oxidativa envolve uma cadeia de transporte de elétrons
(série de reações integradas)
► energia liberada aos poucos e mais eficientemente (até 45 %)
b. Fosforilação oxidativa

20. Peter Mitchell, 1978-
Prêmio Nobel

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

22. 3.Fotofosforilação:
O NADPH é utilizado para reduzir o CO2 no processo de fixação do CO2
A energia da luz é utilizada para a síntese de ATP

23. 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

24. Vias de degradação de nutrientes para produção de energia

25. 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

27. CH4

28. 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

30. Glicólise
quantidade
limitada na
célula
Lactobacilos
Leveduras
Enterobactérias

31. 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

32.  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

33. 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.

34. Fosforilação oxidativa

35. 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

36. 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 sedimentos marinhos
e lacustres ou próximo de nascentes hidrotermais submarinas.

38. 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.

45. Compostos
Organicos
Inorganicos
Energia
ATP
Respiração
Fermentação
Biomassa
Atividade
Metabolica
Ciclo Heterotrofico
Catabolismo
CO2
Ciclo Autotrófico
Biossintetico

46. Utilização da energia

47. 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.

48. Fornecimento de precursores de aminoácidos

49. 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)

50. Ácidos nucléicos
ATP

51. Aminoácidos

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