O documento discute os processos metabólicos de microrganismos para obtenção de energia, incluindo respiração aeróbica e anaeróbica e fermentação. Explica como a fosforilação oxidativa gera ATP durante a respiração aeróbica e como a fermentação produz pequenas quantidades de ATP. Também aborda a teoria da endossimbiose para a origem de mitocôndrias e cloroplastos.

1. Produção de energia por microrganismos

2. Obtenção de energia Metabolismo microbiano Anabolismo Catabolismo O conhecimento do metabolismo celular é essencial para o entendimento da bioquímica do crescimento microbiano Consumo de energia Liberação de energia

3. INTRODUÇÃO: Uma maior compreensão do metabolismo ajuda no desenvolvimento de procedimentos laboratoriais para cultivo de microrganismos e também na pesquisa de novos métodos para prevenção do crescimento de microrganismos indesejáveis. Relação entre: Crescimento e Metabolismo  Doenças Infecciosas  Práticas Médicas e Indústria Microbiológica/Farmacêutica Obtenção de energia

4. CONCEITOS : Autotróficos e Heterotróficos  " troph" = alimentos

5. Tipos de fisiologia fonte de energia fonte de carbono fonte de elétron Autotrófico CO 2 Heterotrófico moléculas orgânicas Foto- luz solar Quimio- substâncias químicas Organotrófico moléculas orgânicas Litotrófico moléculas inorgânicas - Tipos de metabolismo Quimiorganotrófico (heterotróficos) Quimiolitotrófico (quimioautotrófico) Fotolitotrófico (fotoautotrófico) Fotorganotróficos (fotoheterotróficos) Obtenção de energia

6. A) Síntese de ATP : » via catabólica energia substrato inicial produto final » fosforilação a nível de substrato ADP + Pi + energia ATP » redução de coenzimas NAD+ + 2e- + 2H+ NADH + H+ FAD+ + 2e- + 2H+ FADH 2 ATP ADP + Pi

7. B) Metabolismo de bactérias quimioheterotróficas : » Principal composto orgânico: Glucose » Dois mecanismos: Respiração (oxidação completa de substâncias orgânicas) Fermentação (oxidação parcial de substâncias orgânicas)

8. VIAS DE OBTENÇÃO DE ENERGIA  Oxidação de compostos orgânicos e conservação de energia sob a forma de ATP  "GLICÓLISE "

9. VIAS DE OBTENÇÃO DE ENERGIA 1) RESPIRAÇÃO : um processo gerador de ATP no qual um composto inorgânico (como o oxigênio) funciona como o aceptor final de elétrons. O doador de elétrons pode ser um composto orgânico ou inorgânico. Podemos ter dois tipos de respiração  AERÓBICA e ANAERÓBICA 1.a) RESPIRAÇÃO AERÓBICA : se oxigênio é aceptor final de elétrons, todas as moléculas de substrato podem ser completamente oxidadas a CO 2 e uma grande quantidade de ATP é gerada.

10. 1.a) RESPIRAÇÃO AERÓBICA : glucose (C 6 H 12 O 6 ) + 6 O 2 CO 2 + 6 H 2 O três partes : vias glicolíticas ciclo de Krebs fosforilação oxidativa vias glicolíticas: Embden Meyerhof (eucariotos e procariotos) Entner-Doudoroff (procariotos) Via das pentoses-fosfato (eucariotos e procariotos)

11. Fosforilação Oxidativa

14. 1.b) Respiração: oxidação completa de substâncias orgânicas

15.  o aceptor final de elétrons é uma substância inorgânica diferente do oxigênio. Pseudomonas e Bacillus  Nitrato (NO 3- ) reduzido a Nitrito (NO 2- ), Óxido Nitroso (N 2 O) ou Gás Nitrogênio (N 2 ); Desulfovibrio  Sulfato (SO 4 2- ) formando Sulfeto de Hidrogênio H 2 S; Outras bactérias  Carbonato (CO 3 2- ) formando Metano (CH 4 ) 1.b) RESPIRAÇÃO ANAERÓBICA :

16. Em anaerobiose:  Ciclo de Krebs funciona parcialmente;  Nem todos transportadores participam da cadeia de transporte de elétrons; O rendimento de ATP mais baixo do que na respiração aeróbica  Anaeróbicos crescem mais lentamente que os aeróbicos  DIFICULDADES NO DIAGNÓTICOS DE INFECÇÕES 1.b) RESPIRAÇÃO ANAERÓBICA : O uso destes aceptores de elétrons alternativos permitem que determinados organismos respirem onde o oxigênio está ausente. A respiração anaeróbica por bactérias, utilizando nitrato e sulfato como aceptores é essencial para os ciclos do nitrogênio e enxofre que ocorrem na natureza.

17. 2) Fermentação : oxidação parcial de substâncias orgânicas

18.  Libera energia de açúcares ou moléculas orgânicas, tais como aminoácidos, ácidos orgânicos, purinas e pirimidinas;  Não requer oxigênio (mas algumas vezes pode ocorrer na presença deste);  Não requer o uso do ciclo de Krebs ou uma cadeia de transporte de elétrons;  Utiliza uma molécula orgânica como aceptor final de elétrons;  Produz somente pequenas quantidades de ATP  grande parte da energia permanece nas ligações químicas dos produtos finais orgânicos  Ácido lático ou Etanol. 1.2) FERMENTAÇÃO: Um processo gerador de ATP em que compostos orgânicos agem tanto como doadores quanto aceptores de elétrons. A fermentação pode ocorrer na ausência de O 2 . "la vie sans air“ ’ (Pasteur)

20. USOS INDUSTRIAIS PARA DIFERENTES TIPOS DE FERMENTAÇÃO

26. COMPARAÇÃO: RESPIRAÇÃO AERÓBICA, ANAERÓBICA E FERMENTAÇÃO 02 Substrato Uma molécula orgânica Aeróbica ou Anaeróbica Fermentação Variável (menor que 38 e maior que 2) Substrato e Oxidativa Substâncias Inorgânicas que não o oxigênio Anaeróbica Respiração Anaeróbica 38 ou 36 Substrato e Oxidativa Oxigênio (O 2 ) Aeróbica Respiração Aeróbica N° Moléculas de ATP / Glicose Tipo de Fosforilação para gerar ATP Aceptor Final Condições de Crescimento Processos

28. Mitocôndria & Hidrogenossomos: Organelas especializadas no metabolismo energético quimiotrófico Mitocôndria  mecanismo de síntese de ATP em céls eucarióticas aeróbias  respiração e fosforilação oxidativa Hidrogenossomos  mecanismo de síntese de ATP em céls eucarióticas anaeróbias ou aerotolerantes  metabolismo estritamente fermentativo Organelas Respiratórias

29. Mitocôndria - Morfologia bacilar ou quase esférica  apresenta considerável plasticidade  dimensões de uma célula procariótica - A membrana mitocondrial não possui esteróis e apresenta inúmeros canais pequenos que permitem a passagem de íons e de pequenas moléculas orgânicas  O ATP produzido no interior da mitocôndria move-se para o citoplasma - O número de mitocôndrias vai depender do tamanho da célula eucariótica  Ex: Célula animal pode conter 1000 mitocôndrias Mitocôndria

30. Fotossíntese  Conversão de energia luminosa em energia química Pigmentos sensíveis a luz  Clorofila Geralmente são visíveis por microscopia óptica  são maiores que as bactéria Cloroplasto

31. Cloroplasto e Mitocôndria Teoria da endossimbiose  Relativa autonomia e semelhança com bactérias  descendência de antigos procariotos Célula eucariótica  Quimera genética contendo DNA de duas origens distintas  do endossimbionte e da célula hospedeira

32. Teoria da endossimbiose Evidências:  estudos moleculares 1) Mitocôndrias e cloroplastos contém DNA e seus próprios ribossomos (70S) 2) O núcleo eucariótico contém genes derivados de Bacteria 3) Especificidade aos antibióticos 4) Filogenia molecular  estudos filogenéticos comparando rRNA relacionam mitocôndrias e cloroplastos com o domínio Bacteria Endossimbiose  Sucesso evolutivo