Exercícios metabolismo microbiano

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Dúvidas das aulas
Pseudomonas stutzeri - Respiração anaeróbia (Nitrato como aceptor final de elétrons) 
1. Os elétrons do FADH2 são entregues no complexo II, não representado na figura. A cadeia de transporte de elétrons dessa bactéria tem seus componentes organizados em complexos, o que também não foi representado na figura (Slide 8 da parte 5). A figura mostra principalmente o processo de desnitrificação na ausência do oxigênio;
2. Saldo energético - Ainda estou tentando encontrar tal informação de forma mais precisa. Já perguntei a alguns professores e não consegui a resposta precisa. A partir de glicose, tem-se 2 ATP por fosforilação em nível de substrato na via glicolítica e 2 ATP (Contando GTP como ATP) no ciclo de Krebs. Eu encontrei até agora que a respiração anaeróbia, nitrato como aceptor final, por fosforilação oxidativa, seria um saldo de 32 ATP;
3. Na mesma figura, um estudante perguntou sobre o antiporte nitrito|Nitrato representado na figura. Ele pediu para explicar o motivo desse transporte. No momento eu não soube responder, mas a própria figura tem a resposta. O nitrato é o aceptor final de elétrons, com tal transporte ela terá, dentro, no citoplasma, o nitrato necessário para o funcionamento da cadeia de transporte de elétrons. Por isso, o transporte é importante. Na turma de tal estudante, eu não soube responder. Ministrando o mesmo conteúdo em outra aula, já consegui interpretar na própria figura;
4. Tentando achar a resposta para o balanço de ATP eu encontrei desnitrificação AERÓBIA (Para aqueles que se interessarem): A desnitrificação aeróbia refere-se à desnitrificação realizada por desnitrificadores aeróbicos na presença de oxigênio, onde oxigênio e nitrato são utilizados simultaneamente como aceptores de elétrons. Deixo um artigo, em inglês, para aqueles que se interessarem e puderem ler: 
 https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0048969720325973 
5. Dúvida da T1 - Os rizóbios são aeróbios ou anaeróbios? O grupo dos rizóbios são bactérias aeróbias, Gram negativas, que fixam nitrogênio do ar quando associadas às raízes de leguminosas. Mas existem outras bactérias anaeróbias obrigatórias e anaeróbias facultativas que também fixam nitrogênio (não pertencentes ao grupo dos rizóbios): https://ainfo.cnptia.embrapa.br/digital/bitstream/CNPAB-2010/35748/1/doc252.pdf 
Reação anaplerótica
1. Algum estudante me perguntou sobre a síntese de aminoácidos em humanos, em mamíferos. Existem os aminoácidos essenciais que precisamos na alimentação, porém os mamíferos conseguem, sim, sintetizar parte dos aminoácidos que precisa. Não me lembro direito o que eu respondi, mas acho que eu dei a entender que todos os aminoácidos eram essenciais e apenas pela alimentação os mamíferos os conseguiriam, o que está incorreto;
2. Numa turma teórica, na parte 7, slide 8 e slide 9, eu falei uma coisa errada. Numa outra turma, uma estudante me alertou. No slide 8, na conversão de piruvato para malato tem-se gasto de elétrons. A reação mostra NADH reoxidando. Ou seja, a enzima é responsável pela redução de piruvato em malato. O que eu expliquei correto em todas as turmas. No slide 9, a reação é o inverso, ou seja, a enzima faz uma reação de oxidação, com liberação de elétrons, na conversão de malato para piruvato. Foi no slide 9 que eu falei errado em uma turma;
3. Em algumas turmas eu falei sobre o fato do Ciclo de Krebs ser anfibólico. Em outras eu esqueci de falar. As VMC estão relacionadas ao catabolismo, obtenção de energia, e anabolismo, na biossíntese a partir dos precursores. 
Uma estudante me perguntou na aula a fórmula estrutural do PEP (Fosfoenolpiruvato)
Importante lembrar que a ligação do grupo fosfato no PEP é uma ligação de alta energia. Ela é uma ligação anidro fosfato de alta energia. A mesma presente no ATP e ADP. O AMP tem uma ligação éster fosfato. 
Exercícios dos Slides (Partes 1 a 8)
Parte 1 - Slide 7 (Exercício 1): Descreva exemplos, dentro da sua área de formação, que justifiquem a importância dos estudos sobre metabolismo microbiano.
Parte 1 - Slide 12 (Exercício 2): Identifique as partes numeradas para recordar sobre a estrutura celular em procariotos. Por exemplo, 3 - cápsula e 8 - flagelo. 
Parte 1 - Slide 17 (Exercício 3): Quais outros compostos químicos orgânicos e inorgânicos podem ser utilizados como fonte de energia no metabolismo quimiotrófico? 
Parte 2 - Slide 11 (Exercícios 4 e 5): A figura mostra uma reação nos dois sentidos, ou seja, reversível. A reação da piruvato quinase na via glicolítica é reversível? Como se dá a variação de energia livre de Gibbs padrão na reação do metabolismo microbiano apresentada? 
Parte 2 - Slide 14 (Exercícios 6 e 7): Faça a mesma análise feita para o ATP, agora, para a coenzima GTP. Alguns intermediários metabólicos também possuem ligação de alta energia e são carreadores de energia numa célula microbiana. Um deles é o fosfoenolpiruvato (PEP). Então, avalie a estrutura química do PEP e determine o tipo de ligação do grupo fosfato. 
Parte 3 - Slide 9 (Exercício 8): Qual molécula doa elétrons? Qual molécula recebe elétrons? Qual molécula carreia a energia? Classifique a reação como endergônica ou exergônica. 
Parte 3 - Slide 12 (Exercício 9): Compare a via glicolítica e a via Entner-Doudoroff, citando as principais diferenças. 
Parte 3 - Slide 17 (Exercício 10): Faça balanços de carbono e de energia simplificados, considerando os esquemas apresentados no atual slide e no slide 11. 
Parte 4 - Slide 8 (Exercício 11): Baseado nos potenciais de redução apresentados, justifique FADH2 não transferir os elétrons para o complexo I da cadeia de transporte de elétrons (procariotos e eucariotos).
Parte 4 - Slide 9 (Exercício 12): Faça o balanço energético e de carbono simplificados para o esquema da respiração aeróbia apresentado. 
Parte 5 - Slide 6 (Exercício 13): Como é o ciclo Krebs nos anaeróbios facultativos? (Respiração anaeróbia).
Parte 5 - Slide 9 (Exercício 14): Pesquise sobre o efeito Crabtree. 
Parte 5 – Slide 12 (Exercício 15): Qual o aceptor final de elétrons na fermentação etanólica? 
Parte 5 – Slide 14 (Exercício 16): Explique porque o saldo energético para uma célula eucariótica é menor ou igual a 36 ATP.
Parte 6 – Slide 8 (Exercício 17): Pesquise sobre o fluxo reverso de elétrons apresentado. 
Parte 7 – Slide 11 (Exercício 18): Em que local ocorre a gliconeogênese em células procarióticas e eucarióticas?
Parte 8 – Slide 6 (Exercício 19): O ciclo de Calvin acontece em célula animal, microbiana e vegetal? 
Fórum - Dúvidas na monitoria
1. Parte 6 – Slide 13: Fotossíntese anoxigênica (Cíclica)
2. Parte 7 – Slide 10: Reações anapleróticas quando fontes de 2 carbonos estão disponíveis no ambiente (Desvio do Glioxilato)
Exercício de Fixação
Marque apenas as alternativas corretas:
· AMP (Adenosina Monofosfato) e GMP (Guanosina Monofosfato) podem ser utilizados nas reações que consomem energia na célula microbiana porque possuem ligação anidrido fosfato de alta energia. 
· O fosfoenolpiruvato (PEP) é um intermediário da via glicolítica que possui uma ligação do tipo éster fosfato de alta energia.
· Enzimas são catalisadores que diminuem a energia de ativação para que ocorram as reações metabólicas.
· O principal tipo de enzima regulatória em células procarióticas pertence ao grupo das enzimas alostéricas, que modificam a conformação após a ligação de certas substâncias (ativadores ou inibidores) aos sítios alostéricos. 
· Coenzimas são moléculas não proteicas que se ligam fracamente às enzimas. 
· A enzima piruvato quinase participa das reações metabólicas na glicólise e na gliconeogênese.
· A capacidade de obter energia a partir de compostos inorgânicos (micro-organismos quimiolitotróficos) é uma boa estratégia metabólica por diminuir a competição por substratos orgânicos (micro-organismos quimiorganotrófico).
· Muitos dos compostos inorgânicos utilizados no metabolismo quimiolitotróficos são provenientes do metabolismo quimiorganotrófico.
· A capacidade de converter energia luminosa emenergia química é característica do metabolismo fototrófico.
· Glicose, lactose e sacarose são os únicos compostos orgânicos utilizados como fonte de energia, carbono e elétrons no metabolismo quimiolitotrófico. 
· No metabolismo da bactéria Staphylococcus aureus a glicose é alterada quimicamente durante sua passagem pela membrana pelo Sistema PEP:PTS (Sistema Fosfotransferase Dependente de Fosfoenolpiruvato). 
· Na fase não oxidativa da via das pentoses-fosfato tem se a conversão de pentoses em moléculas de frutose 6-fosfato e gliceraldeído 3-fosfato.
· Frutose 6-fosfato e gliceraldeído 3-fosfato, da via das pentoses-fosfato, são também intermediários da via glicolítica. 
· A sacarose (glicose + frutose), no catabolismo, é convertida em glicose-6-fosfato e frutose 6-fosfato, intermediários da via glicolítica.
· O glicerol resultante do catabolismo de triglicerídeos é convertido a di-hidroxiacetona-fosfato, um intermediário da via glicolítica. 
· No ciclo de Krebs a molécula de oxaloacetato é regenerada no fim do processo. 
· As etapas enzimáticas irreversíveis do ciclo de Krebs são ponto de regulação do ciclo. 
· Na respiração anaeróbia, durante o metabolismo quimiorganotrófico, o fumarato (composto orgânico) pode ser o aceptor final de elétrons na cadeia de transporte de elétrons. 
· Em anaerobiose, a Escherichia coli (anaeróbia facultativa) realiza reações oxidativas (ramo oxidativo) e redutivas (ramo redutivo) para obtenção dos intermediários do ciclo de Krebs, importantes como precursores para a síntese de outras moléculas. 
· A teoria quimiosmótica acopla o transporte de elétrons por uma cadeia de componentes transportadores de elétrons à formação de um gradiente de prótons que, ao retornarem ao citoplasma (células procariotas) ou à matriz mitocondrial (eucariotos), levam à dissipação do gradiente e à síntese de ATP (Fosforilação em nível de substrato).
· Durante a fermentação de um composto orgânico (por exemplo, a glicose) a oxidação é total. 
· Alguns processos fermentativos ocorrem na ausência ou presença de oxigênio. 
· O aceptor final de elétrons no processo fermentativo é um composto externo à via fermentativa.
· As células de Saccharomyces cerevisiae (levedura unicelular), em alta concentração de glicose, realizam fermentação etanólica, mesmo na presença de oxigênio (condição aeróbia). 
· O acetaldeído é o aceptor final dos elétrons na fermentação etanólica.
· No kefir, um conjunto de células de lactobacilos e leveduras fermentam a lactose do leite a lactato e etanol, respectivamente.
· No trato genital feminino, o pH ácido resultante da fermentação lática de lactobacilos impede o estabelecimento de infecções por micro-organismos como a levedura Candida albicans.
· Várias espécies do gênero Clostridium não fermentam carboidratos, mas são capazes de hidrolisar proteínas e fermentar os aminoácidos liberados. 
· A membrana plasmática das células procarióticas que realizam fermentação possuem uma ATPase que hidrolisa ATP, liberando energia que é utilizada para a formação do gradiente de prótons. 
· Na fermentação butileno-glicólica, além do principal produto, 2,3-butanodiol, forma-se também um intermediário (acetoína) que pode ser detectado em laboratório (Teste de Voges-Proskauer – VP). 
· No metabolismo quimiolitotrófico, quando o tiossulfato é o doador de elétrons, um dos intermediários é So (enxofre elementar) que pode formar grânulos no citoplasma (reserva energética). 
· Alguns procariotos anaeróbios são capazes de oxidar o H2 e utilizar o CO2 como aceptor de elétrons produzindo metano (CH4; metanogênese) ou acetato (CH3–COOH; acetogênese).
· No processo de biolixiviação (uso de micro-organismos para a extração de metais presentes em baixo teor em diversos minérios, como cobre metálico) são utilizadas bactérias quimiolitotróficas. 
· Na fotossíntese oxigênica o doador de elétrons é a água, enquanto na anoxigênica é um composto inorgânico ou orgânico. 
· As plantas e algas podem realizar fotossíntese oxigênica ou anoxigênica. 
· Bactérias verdes e púrpuras realizam fotossíntese anoxigênica. 
· Na fotossíntese, os elétrons são transferidos entre componentes de menor potencial de redução para aqueles de maior potencial de redução (crescente). 
· Quando uma via metabólica é simultaneamente catabólica e anabólica, ela é denominada anfibólica. 
· O ciclo de Krebs é anfibólico já que alguns intermediários podem ser desviados para a síntese de diversos componentes celulares como aminoácidos (a partir do oxaloacetato e alfa-cetoglutarato) e porfirinas (a partir de succinil-CoA).
· Todas as enzimas que atuam na via glicolítica realizam reações reversíveis na gliconeogênese.
· Os aminoácidos prolina, glutamina e arginina podem ser sintetizados a partir do alfa-cetoglutarato, intermediário do ciclo de Krebs, quando os micro-organismos não os obtêm a partir do ambiente. 
· A cada duas voltas do ciclo do glioxilato, os quatro átomos de carbono de duas moléculas de acetil-CoA são convertidos em uma molécula de malato.
· O ciclo do glioxilato é encontrado em sementes de vegetais em germinação e em várias bactérias, mas não em animais. 
· Se o Piruvato (3 carbonos) for utilizado como substrato para abastecer os intermediários metabólicos da via glicolítica, será necessário que a piruvato quinase converta piruvato em fosfoenolpiruvato (PEP). 
· No síntese do peptideoglicano, a energia de moléculas de ATP é utilizada para obtenção das formas ativadas NAG-UDP (N-acetilglicosamina-Uridina Difosfato) e NAM-UDP (ácido N-acetilmurâmico-Uridina Difosfato), bem como para a ligação de aminoácidos ao ácido N-Acetilmurâmico-UDP.
· O Ciclo de Calvin pode ser dividido em 3 etapas: (i) Fixação de CO2; (ii) Redução, na qual moléculas de 3-fosfoglicerato são reduzidas a gliceraldeído-3-P e (iii) Regeneração, que recompõem as moléculas originais de Ribulose 1,5-bifosfato. 
· A bactéria halofílica marinha Vibrio alginolyticus, em ambiente alcalino, utiliza a força sódio-motiva para a realização de trabalho celular.
· O gradiente de prótons formado na membrana plasmática de procariotos pode ser utilizado para a produção de ATP, movimentação de flagelo, simporte de nutrientes (como a lactose) e antiporte de moléculas como antibióticos.
Você deve fazer as atividades propostas abaixo apenas se for do seu interesse. O objetivo é mostrar alguns exemplos de aplicação do conteúdo metabolismo microbiano e te incentivar a sempre buscar aplicação. Algumas estratégias, como ler um artigo e ver vídeos relacionados (sempre com sua avaliação crítica, porque os “erros” existem), podem ajudar.
Reportagem - Aplicação do Conhecimento
https://ufla.br/noticias/pesquisa/12692-conheca-o-kefir-a-bebida-probiotica-que-se-popularizou-e-ganhou-o-brasil
Responda: 
1. O que são micro-organismos probióticos? 
2. Você conhece ou consome algum alimento que veicule micro-organismos probióticos? 
3. Como realizar o isolamento de uma bactéria que pudesse ter efeito probiótico? Você partiria de que tipo de material? (Isolar um novo micro-organismo probiótico).
A reportagem anterior apresenta alguns erros. Em algum momento, uma pessoa diz que os micro-organismos do kefir são patogênicos. Em outra, uma pessoa diz que o consumo de kefir não auxilia na redução de peso, sendo que um professor do DMB me informou que alguns estudos atuais demonstram que, sim, pode contribuir na redução de peso corporal. 
Vídeos - Aplicação do Conhecimento
Petróleo nos mangues nordestinos - https://www.youtube.com/watch?v=tXuqDMOIN2Q
Fabricação de Cerveja - https://www.youtube.com/watch?v=rkPQkI21j3c
Bactérias aumentam a produtividade em lavouras de arroz, feijão e milho - https://www.embrapa.br/busca-de-noticias/-/noticia/72141773/bacterias-aumentam-produtividade-em-lavouras-de-arroz-feijao-e-milho 
PBL - Problem Based Learning
Paciente A.C.L. (32 anos), sexo feminino, relatou dor/inchaço abdominal, flatulência e diarreia. Considerando o resultados de diferentes exames laboratoriais (Curva glicêmica, Teste respiratório do hidrogênio expirado, RFLP-PCR e Lactaseem biópsia intestinal), o diagnóstico clínico definitivo foi “Intolerância à lactose devido à má absorção de lactose”. Sabe-se que a exclusão total de lactose da dieta não é indicada, podendo acarretar deficiência nutricional de cálcio, fósforo e vitaminas. Além disso, a maioria dos pacientes tolera o consumo de até 12 g/dia de lactose. Assim:
A. Apresente uma breve explicação sobre a origem da intolerância à lactose. 
B. Descreva, resumidamente, os exames laboratoriais citados.
C. Qual exame é o padrão-ouro para o diagnóstico clínico definitivo?
D. Considerando que medidas de adaptação para a ingestão de alimentos contendo lactose já são cumpridas pela paciente, descreva possíveis medidas farmacológicas e correlacione-as, se possível, ao metabolismo microbiano. 
Artigo sugestão para o PBL - https://www.scielo.br/pdf/ramb/v56n2/a25v56n2.pdf 
Destaco no artigo a utilização de enzima de origem microbiana (fúngica) para tais pacientes. 
Artigos
1. Biolixiviação: Uma avaliação das inovações tecnológicas na biorremediação de minerias sulfetados no período de 1991 a 2015. 
https://tecnologiammm.com.br/article/10.4322/2176-1523.1205/pdf/tmm-14-3-192.pdf 
2. Fermentação e composição bromatológica da silagem de cana-de-açúcar inoculada com Lactobacillus buchneri, associada ou não à adição de fontes de carboidratos. https://www.scielo.br/pdf/cab/v20/1809-6891-cab-20-e50390.pdf
3. Biodegradação bacteriana de petróleo e seus derivados. http://static.sites.sbq.org.br/rvq.sbq.org.br/pdf/v3n2a04.pdf
Questões de provas do ensino remoto
Alguns estudantes me solicitaram as questões do ensino remoto. Apresento praticamente todas que foram utilizadas. São prints do PVANet antigo e, por isso, algumas imagens perderam a resolução. Lembrando que, no presencial, a prova será preto e branco. Não tem gabarito e qualquer dúvida, frequentem a monitoria.