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08/01/2013 1 Universidade Federal Rural do Semi-Árido Microbiologia Geral - ANI0335 Raphaela V .G. Barreto (a) Meio para pesquisa de fermentação de manitol não inoculado; (b) Staphylococcus epidermidis utilizando proteína para o crescimento, mas não carboidratos. Esse micro-organismo é descrito como manitol -. (c) Staphylococcus aureus produz ácido, mas não gás. Esta espécie é manitol +. (d) Escherichia coli é também manitol + e produz ácido e gás a partir de manitol. O gás encontra-se aprisionado no tubo de Durham invertido. Metabolismo microbiano - 08/01/2013 Profa. Raphaela Barreto IMPORTÂNCIA DO METABOLISMO • Avaliar a diversidade e versatilidade bioquímica • Relação dos micro-organismos e doenças • Papel dos micro-organismos na natureza • Exploração econômica dos micro-organismos • Cultivo, crescimento e controle dos micro-organismos • Desenvolvimento de métodos moleculares para diagnóstico e controle dos micro-organismos • Controle dos processos de deterioração de materiais • Reciclagem da matéria Metabolismo microbiano - 08/01/2013 Profa. Raphaela Barreto REAÇÕES CATABÓLICAS E ANABÓLICAS Metabolismo microbiano - 08/01/2013 Profa. Raphaela Barreto REAÇÕES CATABÓLICAS E ANABÓLICAS Exemplo de catabolismo: Quebra de açúcares formando água e CO2; Exemplos de anabolismo: Consomem mais energia do que produzem: Formação de proteínas; Formação de polissacarídeos Reações catabólicas = degradativas Reações anabólicas = biossintéticas Metabolismo microbiano - 08/01/2013 Profa. Raphaela Barreto ACOPLAMENTO ENTRE CATABOLISMO E ANABOLISMO: MOLÉCULA DE ATP O ATP estoca a energia produzida por reações catabólicas e a libera mais tarde para outras atividades celulares. Metabolismo microbiano - 08/01/2013 Profa. Raphaela Barreto UTILIZAÇÃO DE ENERGIA 08/01/2013 2 Metabolismo microbiano - 08/01/2013 Profa. Raphaela Barreto REQUERIMENTOS DE ENERGIA: Síntese dos componentes celulares: parede, membrana, etc. Síntese de enzimas, ácidos nucléicos, polissacarídeos, fosfolipídios Reparos e manutenção da célula Crescimento e multiplicação Acumulação de nutrientes e excreção de produtos indesejáveis Motilidade Metabolismo microbiano - 08/01/2013 Profa. Raphaela Barreto FONTES DE ENERGIA Para a maioria dos micro-organismos a energia é retirada de moléculas químicas (nutrientes, substratos) Para outros a energia é proveniente da luz. Metabolismo microbiano - 08/01/2013 Profa. Raphaela Barreto QUIMIOTRÓFICOS (utilizam substâncias químicas como fonte de energia) Quimioautotróficos C= CO2 Quimioheterotróficos C=orgânico A MAIORIA DOS MICRO-ORGANISMOS Metabolismo microbiano - 08/01/2013 Profa. Raphaela Barreto PRINCIPAIS FONTES DE ENERGIA Quimiorganotróficos (quimioheterotróficos) substâncias orgânicas: Streptococcus lactis glicose ácido lático + energia Quimiolitotróficos (quimioautotróficos) o substâncias inorgânicas: Nitrosomonas europaea Amônia + CO2 nitrito + energia Metabolismo microbiano - 08/01/2013 Profa. Raphaela Barreto Fototróficos Anabaena cylindrica (cianobactéria) Luz energia Metabolismo microbiano - 08/01/2013 Profa. Raphaela Barreto IMPORTÂNCIA BIOLÓGICA DAS ENZIMAS 08/01/2013 3 Metabolismo microbiano - 08/01/2013 Profa. Raphaela Barreto INTERAÇÃO ENZIMA-SUBSTRATO Metabolismo microbiano - 08/01/2013 Profa. Raphaela Barreto FATORES QUE INFLUENCIAM A ATIVIDADE ENZIMÁTICA Metabolismo microbiano - 08/01/2013 Profa. Raphaela Barreto INIBIÇÃO COMPETITIVA Metabolismo microbiano - 08/01/2013 Profa. Raphaela Barreto MODO DE AÇÃO DOS INIBIDORES COMPETITIVOS Ocupam o sítio ativo da enzima e competem com o substrato normal pelo sítio ativo – formas semelhantes. Exemplo: PABA e sulfonilamida Nos IC o produto não é formado. A ligação a enzima pode ser reversível. Metabolismo microbiano - 08/01/2013 Profa. Raphaela Barreto Interagem com outra parte da enzima (sítio alostérico); Pode ser reversível Exemplo: Fluoreto e cianeto – venenos de enzima MODO DE AÇÃO DOS INIBIDORES NÃO-COMPETITIVOS Metabolismo microbiano - 08/01/2013 Profa. Raphaela Barreto INIBIÇÃO POR RETRO-ALIMENTAÇÃO Realizado por inibidores alostéricos; Impede a formação de substâncias de forma desnecessária; Geralmente atua na primeira enzima em uma via metabólica. Exemplo: Produção de isoleucina por E. coli. 08/01/2013 4 Metabolismo microbiano - 08/01/2013 Profa. Raphaela Barreto Metabolismo microbiano - 08/01/2013 Profa. Raphaela Barreto PRODUÇÃO DE ATP PELOS MICRORGANISMOS Mecanismos: Fosforilação em nível de substrato Fosforilação oxidativa Fotofosforilação Fosforilação é a adição de um grupo fosfato (PO4) a outra molécula Metabolismo microbiano - 08/01/2013 Profa. Raphaela Barreto FOSFORILAÇÃO Fosforilação a nível de substrato: composto fosforilado transfere um fosfato para ADP gerando ATP. Ocorre no citoplasma. Fosforilação Oxidativa: Os elétrons são transferidos do composto orgânico para um grupo de carreadores de elétrons (NAD+, FAD+). Depois são então passados através de diferentes carreadores até a molécula de O2 ou outras moléculas inorgânicas - “Cadeia de transporte de elétrons” Organelas: membrana plasmática (procariotos) membrana mitocondrial (eucariotos) Metabolismo microbiano - 08/01/2013 Profa. Raphaela Barreto FOSFORILAÇÃO EM NÍVEL DE SUBSTRATO Metabolismo microbiano - 08/01/2013 Profa. Raphaela Barreto FOTOFOSFORILAÇÃO Ocorre somente em células fotossintéticas, que contém pigmentos que absorvem luz. As moléculas orgânicas são sintetizadas com a energia da luz a partir de compostos de baixa energia (CO2 e H2O). Passos: 1. Conversão de energia luminosa em energia química (ATP e NADPH), 2. Utilização de ATP e NADPH para sintetizar moléculas orgânicas. 3. Uma cadeia de transporte de elétrons está envolvida. Metabolismo microbiano - 08/01/2013 Profa. Raphaela Barreto GLICÓLISE - PRIMEIRA ETAPA DO CATABOLISMO A maioria dos microrganismos utiliza essa via. As enzimas da glicólise catalisam a quebra da glicose, um açúcar de seis carbonos, em dois açúcares de três carbonos. Estes açúcares são então oxidados, liberando energia e seus átomos rearranjados para formar duas moléculas de ácido pirúvico. A glicólise não requer oxigênio pode ocorrer tanto em condições aeróbica ou anaeróbica. 08/01/2013 5 Metabolismo microbiano - 08/01/2013 Profa. Raphaela Barreto Metabolismo microbiano - 08/01/2013 Profa. Raphaela Barreto ALTERNATIVA A GLICÓLISE - VIA PENTOSE FOSFATO Funciona simultaneamente com a glicólise e fornece condições para a quebra de açúcares de cinco carbonos (pentoses). A via produz um ganho de somente 1 ATP por molécula de glicose oxidada. Bactérias que utilizam a via: Bacillus subtillis, Escherichia coli, Leuconostoc mesenteroides e Enterococcus faecalis. Metabolismo microbiano - 08/01/2013 Profa. Raphaela Barreto RESPIRAÇÃO GLICÓLISE: é a oxidação da Glicose em ácido pirúvico com a produção de ATP e NADH contendo energia. CICLO DE KREBS: é a oxidação do acetil (derivado do ácido pirúvico) em CO2 com a produção de algum ATP, NADH contendo energia e um outro transportador de elétrons reduzido (FADH2). CADEIA DE TRANSPORTE DE ELÉTRONS:NADH e FADH2 são oxidados, entregando elétrons para uma cascata de reações redox. A maior quantidade de energia é gerada neste passo. Metabolismo microbiano - 08/01/2013 Profa. Raphaela Barreto RESPIRAÇÃO AERÓBICA: CICLO DE KREBS Por cada molécula de Glicose, duas de ácido pirúvico são produzidas então: Duas moléculas de H2O são liberadas, Duas de NADH são produzidas, Duas moléculas de acetil CoA são formadas Dois ATP são produzidos. Metabolismo microbiano - 08/01/2013 Profa. Raphaela Barreto CADEIA DE TRANSPORTE DE ELÉTRONS Sistema de transporte de elétrons que consiste em uma sequência de moléculas transportadoras que são capazes de oxidar e reduzir. A oxidação final é irreversível. Procariotos: A cadeia de transporte de elétrons está contida na membrana plasmática. Eucariotos: Está contida na membrana interna das mitocôndrias. Metabolismo microbiano - 08/01/2013 Profa. Raphaela Barreto FERMENTAÇÃO O produto da glicólise pode ser convertido a um composto orgânico na fermentação - Ácido láctico, etanol, ácido acético etc. Não utiliza o ciclo de Krebs ou uma cadeia de transporte de elétrons. O rendimento de ATP é muito baixo (advém somente da glicólise). 08/01/2013 6 Metabolismo microbiano - 08/01/2013 Profa. Raphaela Barreto FERMENTAÇÃO RESPIRAÇÃO Metabolismo microbiano - 08/01/2013 Profa. Raphaela Barreto ETAPAS DA FERMENTAÇÃO Metabolismo microbiano - 08/01/2013 Profa. Raphaela Barreto PRODUTOS DE FERMENTAÇÃO Metabolismo microbiano - 08/01/2013 Profa. Raphaela Barreto RESPIRAÇÃO CELULAR: AERÓBICA E ANAERÓBICA Processo de geração de ATP em que as moléculas são oxidadas e o aceptor final de elétrons é quase sempre uma molécula inorgânica. Uma característica essencial é a ação de uma cadeia de transporte de elétrons. Aeróbica: O aceptor final de elétrons é o O2. Anaeróbica: O aceptor final de elétrons é uma molécula inorgânica diferente do O2 molecular ou raramente uma molécula inorgânica. A respiração anaeróbia é de suma importância nos ciclos do nitrogênio e do enxofre que ocorrem na natureza. Metabolismo microbiano - 08/01/2013 Profa. Raphaela Barreto
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