Aula teórica número 5- Metabolismo

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Metabolismo Microbiano 
 
UNIVERSIDADE FEDERAL DE OURO PRETO 
Departamento de Ouro Preto 
CBI 618 – Microbiologia Geral 
Bibliografia: 
Pelczar: Capítulos 11 e 12 
Tortora: Capítulo 5 
REAÇÕES CATABÓLICAS E ANABÓLICAS 
Conceitos gerais: 
 
Metabolismo:soma de todas as reações químicas de um 
organismo vivo. 
 
Catabolismo: reações de quebra de moléculas complexas 
em compostos mais simples, com geração 
de energia. 
 
Anabolismo: conjunto de reações de síntese de moléculas 
orgânicas complexas a partir de moléculas 
mais simples. Há consumo de energia. 
 Reações catabólicas fornecem energia para as reações 
anabólicas ou biossintéticas! 
 Acoplamento das reações anabólicas e catabólicas é 
obtido através do ATP: 
ATP  ADP + P + energia 
 Reações anabólicas ou biossintéticas: 
ADP + P + energia  ATP 
 Reações catabólicas: 
GERAÇÃO DE ATP 
1) Fosforilação em nível de substrato: ATP é gerado quando um P de 
alta energia é transferido diretamente de um composto orgânico 
fosforilado (um substrato) ao ADP. 
2) Fosforilação oxidativa: elétrons provindos de coenzimas 
reduzidas durante o catabolismo fluem por uma cadeia 
transportadora de elétrons, gerando a energia necessária à síntese 
de ATP. 
3) Fotofosforilação: energia luminosa é convertida em energia 
química na forma de ATP e NADPH. O fluxo de elétrons durante a 
fotossíntese gera as condições necessárias para a síntese de ATP. 
 + ADP  ATP + C—C—C C—C —C P 
ENZIMAS: AGENTES DO METABOLISMO 
CELULAR 
MECANISMO DE AÇÃO ENZIMÁTICA 
Classe Tipo de reação química catalisada Exemplos 
Oxirredutase Oxirredução na qual elétrons e hidrogênio são 
ganhos ou perdidos 
Citocromo oxidase, 
lactato 
desidrogenase 
Transferase Transferência de grupos funcionais Acetato cinase, 
alanina desaminase 
Hidrolase Hidrólise (adição de água) Lipase, sacarase 
Liase Remoção de grupos de átomos sem hidrólise Oxalato 
descarboxilase 
Isomerase 
 
Rearranjo de átomos dentro de uma molécula Glicose-fosfato 
isomerase 
Ligase União de duas moléculas (usando geralmente 
energia derivada da quebra de ATP) 
Acetil-CoA sintetase, 
DNA ligase 
CLASSIFICAÇÃO DAS ENZIMAS COM BASE 
NO TIPO DE REAÇÃO CATALISADA 
Vitamina Funções 
Vitamina B1 (Tiamina) Metabolismo do ácido pirúvico 
Vitamina B2 (Riboflavina) Ativa na transferência de elétrons 
Niacina (Ácido nicotínico) Ativa na transferência de elétrons 
Ácido pantotênico Coenzima A, metabolismo de ácido 
pirúvico e lipídeos 
Biotina Fixação de CO2, síntese de ácidos graxos 
Ácido fólico Sintese de purinas e pirimidinas 
Vitamina E Síntese macromolecular 
Vitamina K Transporte de elétrons 
VITAMINAS SELECIONADAS E SUAS 
FUNÇÕES 
FATORES QUE INFLUENCIAM A ATIVIDADE 
ENZIMÁTICA 
 Temperatura 
FATORES QUE INFLUENCIAM A ATIVIDADE 
ENZIMÁTICA 
 Temperatura 
 pH 
FATORES QUE INFLUENCIAM A ATIVIDADE 
ENZIMÁTICA 
 Temperatura 
 pH 
 Concentração do substrato 
FATORES QUE INFLUENCIAM A ATIVIDADE 
ENZIMÁTICA 
 Temperatura 
 Inibidores 
 pH 
 Concentração do substrato 
FATORES QUE INFLUENCIAM 
A ATIVIDADE ENZIMÁTICA 
 Inibição por retroalimentação 
Síntese de isoleucina em E. coli: 
5 passos catalisados enzimaticamente. 
Adição de isoleucina inibe a primeira 
 enzima da via biossintética 
REAÇÕES DE OXIRREDUÇÃO 
A B A oxidada B reduzida 
 POTENCIAL DE OXIRREDUÇÃO 
Par Redox E’0 (volts) 
O2/H2O 0,82 
Fe3+/Fe2+ 0,77 
NO3
-/NO2
- 0,42 
Citocromo c 
oxidado/reduzido 
0,25 
Acetaldeído/etanol 0,20 
SO4
2-/S2- -0,22 
NAD+/NADH -0,32 
CO2/CH4 -0,35 
H+/H2
 -0,42 
> E’0 = tendência de receber elétrons (ser reduzido) 
< E’0 = tendência de perder elétrons (ser oxidado) 
>E’0  > energia liberada na reação de oxirredução 
REAÇÕES BIOLÓGICAS DE OXIRREDUÇÃO 
VIAS METABÓLICAS DE PRODUÇÃO 
DE ENERGIA 
METABOLISMO DE CARBOIDRATOS: 
Glicólise: oxidação da glicose a ácido pirúvico com produção de 
ATP e energia contida em NADH. 
Ciclo de Krebs: oxidação de um derivado do ácido pirúvico 
(acetil coenzima A) a dióxido de carbono, com produção de ATP, 
energia contida em NADH e FADH2. 
Cadeia de transporte de elétrons: NADH e FADH2 são oxidados. 
Cascata de reações de oxirredução envolvendo uma série de 
transportadores de elétrons. A energia dessas reações é 
utilizada para gerar grande quantidade de ATP. 
VISÃO GERAL DA 
RESPIRAÇÃO E DA 
FERMENTAÇÃO 
Glicólise: 
Glicólise: 
RESPIRAÇÃO AERÓBICA 
Ciclo de Krebs 
Oxalacetato 
Isocitrato Malato 
-cetoglutarato 
NAD+ 
NADH + H+ + CO2 
Succinil CoA 
CoA 
NAD+ 
NADH + H+ + CO2 
CoA 
Succinato 
GDP + Pi GTP + CoA 
Fumarato 
FAD+ 
FADH2 
NAD+ 
NADH + H+ 
Piruvato 
Acetil CoA 
CoA 
NAD+ + CoA 
NADH + H+ + CO2 
Citrato 
CoA 
CADEIA DE TRANSPORTE DE ELÉTRONS 
Energia 
QUIMIOSMOSE 
TRANSPORTE DE ELÉTRONS E GERAÇÃO 
QUIMIOSMÓTICA DE ATP 
REAÇÃO TOTAL PARA A RESPIRAÇÃO EM 
MICRORGANISMOS PROCARIOTOS 
C6H12O6 + 6O2 + 38ADP + 38P  6CO2 + 6H2O + 38ATP 
Glicose Oxigênio Dióxido 
de 
carbono 
Água 
Resumo da respiração 
aeróbica em 
procariotos 
RESPIRAÇÃO ANAERÓBICA 
Respiração anaeróbica: o aceptor final de elétrons é uma 
substância inorgânica diferente do oxigênio (O2) 
 
 Aceptor de elétrons pode ser: NO3
-, SO4
-, CO3
2- 
Tem rendimento energético menor do que a respiração 
aeróbica. 
Desnitrificação: 
NO3
- NO2
-  NO  N2O  N2 
 POTENCIAL DE OXIRREDUÇÃO 
Par Redox E’0 (volts) 
O2/H2O 0,82 
Fe3+/Fe2+ 0,77 
NO3
-/NO2
- 0,42 
Citocromo c oxidado/reduzido 0,25 
Acetaldeído/Etanol 0,20 
SO4
2-/S2- -0,22 
NAD+/NADH -0,32 
CO2/CH4 -0,35 
H+/H2
 -0,42 
> E’0 = tendência a receber elétrons (ser reduzido) 
< E’0 = tendência a perder elétrons (ser oxidado) 
>E’0  > energia liberada na reação de oxirredução 
FERMENTAÇÃO 
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 de 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 original dos compostos catabolizados permanece ainda 
nas ligações químicas dos compostos orgânicos formados). 
RECUPERAÇÃO DE COENZIMAS OXIDADAS 
FERMENTAÇÃO ALCOÓLICA E LÁTICA 
TESTE DE FERMENTAÇÃO 
 
Tubos 
de Durham 
(prod. de gás) 
Indicador de pH: vermelho de fenol 
Reação alcalina  cor do meio inalterada (não há produção de ácido) 
Reação ácida  o meio torna-se amarelo (há produção de ácido) 
Organismo Produtos finais da fermentação 
Streptococcus, Lactobaciillus, 
Bacillus 
Ácido lático 
Saccharomyces Etanol e CO2 
Propionibacterium Ác. propiônico, ác. acético, CO2, H2 
Clostridium Ác. butírico, butanol, acetona, álcool 
isopropílico e CO2 
Escherichia, Salmonella Etanol, ác. lático, ác. succínico, ác. 
acético, CO2, H2 
Enterobacter Etanol, ác. lático, ác. fórmico, 
butanodiol, acetoína, CO2, H2 
 
PRODUTOS FINAIS DE VÁRIAS FERMENTAÇÕES 
MICROBIANAS A PARTIR DO PIRUVATO 
Processo de 
produção de 
energia 
Condições 
de 
crescimento 
Aceptor final de 
elétrons 
Tipo de 
fosforilação 
usada para 
gerar ATP 
 
ATP 
produzido 
Respiração 
aeróbica 
Aeróbica O2Em nível de 
substrato e 
oxidativa 
36 ou 38 ATP 
Respiração 
anaeróbica 
Anaeróbica NO3
-, SO4
-, CO3
2- 
 
Em nível de 
substrato e 
oxidativa 
Variável 
(<38 e >2 ATP) 
Fermentação Aeróbica ou 
anaeróbica 
Composto 
orgânico 
Em nível de 
substrato 
2 
COMPARAÇÃO ENTRE RESPIRAÇÃO AERÓBICA, 
RESPIRAÇÃO ANAERÓBICA E FERMENTAÇÃO 
 POTENCIAL DE OXIRREDUÇÃO 
Par Redox E’0 (volts) 
O2/H2O 0,82 
Fe3+/Fe2+ 0,77 
NO3
-/NO2
- 0,42 
Citocromo c oxidado/reduzido 0,25 
Acetaldeído/Etanol 0,20 
SO4
2-/S2- -0,22 
NAD+/NADH -0,32 
CO2/CH4 -0,35 
H+/H2
 -0,42 
> E’0 = tendência a receber elétrons (ser reduzido) 
< E’0 = tendência a perder elétrons (ser oxidado) 
>E’0  > energia liberada na reação de oxirredução