Aula 04 Metabolismo microbiano

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Metabolismo Microbiano
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Um pouquinho de reflexão...
A enorme diversidade genética dos procariotos reflete-se em uma diversidade metabólica igualmente enorme?
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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 (quebra de compostos)
 - Aquelas envolvidas na utilização da energia: ANABOLISMO (síntese de compostos) 
Muitos dos mecanismos metabólicos microbianos são também utilizados pelos macro organismos, inclusive o homem.
Introdução
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UTILIZAÇÃO DE ENERGIA
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Produção de energia
Requerimentos de energia:
Síntese dos componentes celulares: parede, membrana, entre outros.
síntese de enzimas, ácidos nucléicos, polissacarídeos, entre outros.
reparos e manutenção da célula
crescimento e multiplicação
acumulação de nutrientes e excreção de produtos indesejáveis
motilidade
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Para a maioria dos microrganismos a energia é retirada de moléculas químicas (nutrientes)
Para outros a energia é proveniente da luz.
Fontes de energia
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Classes de metabolismo energético:
 os organismos FOTOTRÓFICOS – obtêm a energia a partir da luz;
 os organismos QUIMIOTRÓFICOS – obtêm sua energia a partir de fontes químicas.
Fontes de energia
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Compostos
químicos
 
Fototrofia
Quimiotrofia
Fototróficos
luz  ATP
Compostos
orgânicos
(glicose, acetato, etc)
QUIMIORGANOTRÓFICOS
glicose+O2  CO2+H2O
 
 ATP
Compostos
inorgânicos
(H2, H2S, Fe2+, NH4)
QUIMIOLITOTRÓFICOS
H2+O2  H2O
 
 ATP
SOL
Obtenção microbiana de energia
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		Nitrosomonas europaea:
			Amônia 		nitrito + energia
		Streptococcus lactis:
		 	glicose 		ácido lático + energia
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Anabaena cylindrica (cianobactéria)
			Luz					energia
	
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Compostos que armazenam energia
Mais importante nos seres vivos
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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
Produção de ATP pelos microrganismos
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a.Fosforilação em nível de substrato
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A energia liberada pela oxidação de compostos químicos é utilizada na síntese de ATP
Oxidação: remoção de elétrons (ou também perda de H +)
 	H  H+ + e-
	
A Fosforilação oxidativa envolve uma cadeia de transporte de elétrons (série de reações integradas)
► energia liberada aos poucos e mais eficientemente 
b. Fosforilação oxidativa
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A membrana citoplasmática energizada pela força próton motiva dissipa parte da energia na formação de ATP = fosforilação oxidativa (mediação pelo complexo da ATP sintase)
b. Fosforilação oxidativa
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Fosforilação oxidativa
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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
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Vias de degradação de nutrientes para produção de energia
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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
	Citocromos
NAD+ + 2 e- + 2 H+ → NADH + H
				 bom doador
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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
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Glicólise
quantidade limitada na célula
Lactobacilos
Leveduras
Enterobactérias
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Síntese da Fermentação
ausência de aceptores externos de elétrons
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
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Fermentação pode resultar em vários produtos finais diferentes
1. Organismo
2. Substrato original
3. Enzimas presentes e ativas
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1. Fermentação ácido lática
Produto final: ácido lático
Deterioração de alimento
Produção de alimento
Iogurte - Leite
Picles - Pepinos
2 gêneros relacionados:
Streptococcus
Lactobacillus
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Produtos Finais:
álcool
CO2
Bebidas alcoólicas
Microrganismo:
Saccharomyces cerevisiae (levedura)
2. Fermentação alcoólica
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Produtos Finais:
Ácido lático
Ácido acético
Ácido fórmico
Escherichia coli e outras bactérias entéricas
3. Fermentação ácida mista
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Produtos Finais:
Ácido propiônico
CO2
 
Microrganismo:
Propionibacterium sp.
4. Fermentação ácido propiônica
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 Produtos Finais de Fermentação
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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
Vias de degradação de nutrientes para produção energia
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O ciclo de Krebs
Cada molécula de NADH pode doar elétrons para o sistema de transporte para geração da força protomotiva e produção de ATP. 
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Fosforilação oxidativa
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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 ATP
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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.
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Classificação metabólica dos organismos
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Conservação da energia: Respiração e Fermentação
Respiração e fermentação: resultado final é a síntese de ATP acoplada ao catabolismo do doador de elétrons
Diferenças:
Fermentação: 
Ausência de aceptores terminais de elétrons utilizáveis
Produção de ATP por fosforilação em nível de substrato (originado no catabolismo do produto orgânico)
Respiração: 
O2 ou outro composto como aceptor final de elétrons
Produção de ATP por fosforilação oxidativa, à custa da força próton motiva
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ANABOLISMO: VIAS BIOSSINTÉTICAS
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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.
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Fornecimento de precursores de aminoácidos
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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)
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Ácidos nucléicos
ATP
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Aminoácidos
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Ácidos graxos
Energia fornecida pelo NADPH
Para biossíntese de lipídeos
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Quando o tema se refere à diversidade metabólica, os procariotos tornam-se um universo, pois são capazes de explorar todas as formas inimagináveis de recursos.
Um pouquinho de reflexão...