Aula 5 - Metabolismo Microbiano

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METABOLISMO MICROBIANO
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Profa. Patrícia Gomes Cardoso
Metabolismo
Diversidade Metabólica Microbiana
É a soma de todos as reações químicas dentro de um organismo vivo
Metabolismo primário e secundário
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Reações químicas: 2 tipos
Liberam energia- Reações catabólicas ou degradativas
Consomem energia – Reações anabólicas ou biossintéticas
Para alguns organismos a 
fonte de energia é a luz
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Proteínas, ácidos 
nucléicos, 
polissacarídeos, 
componentes celulares.
Requerimentos de energia
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Quimiotróficos
Maioria dos microrganismos
a energia é retirada de
moléculas químicas (reações
de oxirredução)
(nutrientes)-
Fototróficos
Para outros a energia é
proveniente da luz–
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Fontes de energia
Fototróficos Quimiorganotróficos Quimiolitotróficos 
Compostos 
orgânicos 
reduzidos
Compostos 
orgânicos 
oxidados
Compostos 
inorgânicos 
reduzidos
Compostos 
inorgânicos 
oxidados
Energia química
Uso pela célula
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Reações de oxidação-redução
A B A oxidada B reduzida
 As oxidações e reduções podem envolver :
 Somente elétrons
 Um elétron mais um próton
Adição de elétrons a uma substância
Remoção de elétrons de uma substância
 São reações onde elétrons se movem de um doador, o agente redutor, para 
um receptor de elétrons, o agente oxidante.
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As reações de oxirredução podem contar com compostos intermediários para
transferência de elétrons – carreadores (coenzimas) que atuam removendo elétrons do
substrato e os doando a outras moléculas em reações subsequentes.
Coenzimas – livres na célula-Tranportam elétrons e protons (H+) simultaneamente
Nicotinamida Adenina Dinucleotídeo  NAD+
 Nicotinamida Adenina Dinucleotídeo Fosfato  NADP+ 
 Flavina Mononucleotídeo  FMN
 Flavina Adenina Nucleotídeo  FAD
Reações biológicas de oxirredução
A coenzima reduzida, NADH, contém mais energia que NAD+. Essa energia pode ser usada
para gerar ATP em reações posteriores
Reação de oxidação-redução, envolvendo as formas oxidadas e 
reduzidas de NAD+ e NADH
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Para estas reações ocorrem é preciso quantidade de energia suficiente para levar todas as
moléculas a um estado reativo – energia de ativação. Isso é feito por enzimas que dminuem essa
energia de ativação, aumentando a velocidade das reações – catalisadores biológicos
POTENCIAL DE OXIRREDUÇÃO
Par Redox E’0 (volts)
H+/H2 -0,42
CO2/CH4 -0,35
NAD+/NADH -0,32
SO4
2-/S2- -0,22
Acetaldeído/etanol 0,20
Citocromo c oxidado/reduzido 0,25
NO3
-/NO2
- 0,42
Fe3+/Fe2+ 0,77
O2/H2O 0,82
> E’0 = tendência de receber elétrons (ser reduzido)
< E’0 = tendência de doar elétrons (ser oxidado)
>E’0  > energia liberada na reação de oxirredução
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Composto que armazena energia - ATP
Geração de ATP
1) Fosforilação em nível de substrato
2) Fosforilação oxidativa
3) Fotofosforilação
– Ocorre somente em células fotossintéticas
Ex2) 1,3 di-P-glicerato 3-P glicerato
Ex1) 2-P-glicerato PEP piruvato
Estoca energia derivada de reações catabólicas e a libera mais tarde para
dirigir reações anabólicas e outras trabalhos celulares
ATP ADP + Pi + energia ADP + Pi + energia ATP
1. Fosforilação em nível de substrato
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Glicólise
Produção de ATP
O grupo fosfato é transferido de um composto fosforilado diretamente ao ADP.
2) Fosforilação oxidativa - Envolve uma cadeia de transporte de elétrons
ligados a membrana e a força próton motiva
Ocorre na membrana das mitocôndrias – Eucariotos
Membrana Plasmática - Procaritos
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Cadeia de transporte de elétrons
NADH + H+ NAD+ (3 ATPs)
FADH2 FAD
+ (2 ATPs)
3.Fotofosforilação
A energia da luz é utilizada para a
síntese de ATP
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Catabolismo das Moléculas Orgânicas
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Para produzir energia a partir da glicose, os microrganismos utilizam 
dois processos 
Membrana
Interna das 
mitocôndrias
Respiração
Citoplasma
Matriz
mitocondrial
EUCARIOTOSPROCARIOTOS
Citoplasma
Citoplasma
Membrana
Plasmática
Glicólise ou via Embden-Meyerhorf-Parnas
Objetivo: Oxidação de carboidratos (principalmente glicose) à piruvato.
2 estágios:
Estágio 1- sem reação de óxido-redução. Consumo de 2 ATPs
Estágio 2- Reação de óxido-redução e produção de 4 ATPs
Rendimento energético líquido: 2ATPs + 2
Alguns compostos intermediários são usados na via biossintética
NADH + H+
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Glicólise
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1-Via Entner-Doudoroff
Provavelmente esta via evoluiu mais
precocemente e envolve menos
etapas de fosforilação (uma etapa)
e menor produção de ATP.
Bacterias que apresentam as
enzimas para esta via podem
metabolizar a glicose sem a glicolise
ou a via da pentose fostato.
Ex: Pseudomonas (identificação em
laboratórios), Agrobacterium,
Rhizobium.
Rendimento líquido: 1ATP + 1NADH
+ NADPH
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Alternativas à glicolise
2-Via Pentose Fosfato (PPS)
Gera mais intermediários para
as vias biossintéticas que a
EMP e ED. Há uma
descarboxilação que gera CO2.
Simultanea a via glicolise.
Assimilação de pentoses-
produção de ribulose 5P.
A via produz pentoses
intermediárias essenciais
utilizadas na síntese de ácidos
nucleicos, glicose a partir de
CO2 na fotossintese e certos
aminoáciods. Importante
produtora da coenzima
NADPH (2) e rendimento
líquido de 1ATP para cada
molecula de glicose oxidada.
Ex: Bacillus subtilis, E. coli,
Leuconostoc mesenteroides e
Enterococcus faecalis.
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Respiração
Ciclo do ácido cítrico - TCA
Para cada molécula de ácido pirúvico 3 moléculas de CO2 são formadas.
Formação de compostos intermediários- via anabólica
Ex: Acetil coA- síntese de ácidos graxos
cetoglutarato e oxalacetato- síntese de aa
succinil coA- anel porfirina de citocromos
oxalacetato- síntese de fosfoenolpiruvato para formação de 
glicose- gliconeogênese
Rendimento líquido: 3 NADH + 1 FADH2 + 1 ATP (cada ciclo)
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Ciclo do ácido cítrico ou Ciclo de Krebs
Ácido pirúvico
(Glicólise) 
Descarboxilação
 Acetil CoA
Acetil CoA 
Reações:
Descarboxilação
Oxidação/Redução
Rendimento:
3 CO2
4 NADH
1FADH2
1 ATP
Síntese de 
aminoácidos
Síntese de 
aminoácidos
Ácidos graxos
Formação de compostos intermediários - via anabólica
Reações Anapleróticas
Via do Glioxilato
É uma via alternativa
de metabolismo de acetil-CoA,
encontrada nos vegetais e em
algumas bactérias, que permite a
síntese de glicose e a produção de
intermediários do ciclo de Krebs a
partir do acetil-CoA.
Piruvato + CO2 + ATP  ác. oxalacético + ADP + Pi
Reposição de intermediários do ciclo do ácido cítrico.
Fosfoenolpiruvato + CO2 + ADP  ác. oxalacético + ATP
Vias anfibólicas
Vias metabólicas que funcionam em ambos catabolismo e anabolismo
Ex: Reações no ciclo de Krebs não somente participam na oxidação da
glicose, mas também produzem intermediários que podem ser convertidos
em aminoácidos.
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Cadeia transportadora de e-
-Carreadores associados à membrana.
-As reações de transporte de e- faz-se com que a membrana fique
energizado gerando a força próton motiva que gerará ATP.
-Sequencia dos carreadores- diferente para cada microrganismo
-Sequencia dos carreadores estão arranjados em ordem crescente
de potencial redutor mais positivos
-Alternância dos carreadores que transportam somente e- e os que
transportam somente átomos de H+
-Geração de uma força próton motiva, resultante da separação de
cargas ao longo da membrana tornando o ambiente extracelular
ácido e intracelular alcalino.
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Transporte de elétrons e geração Quimiosmótica de ATP
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Cadeia transportadora de e-
Balanço energético cadeia de transporte de elétrons 
10 NADH = 30 ATP2 FADH2 = 4 ATP
34 ATP
Balanço energético respiração
ATP em nivel de substrato 2 (glicolise) + 2 (Ciclo do ácido 
cítrico)+ 34 ATP= 38 
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Rendimento total da respiração para microrganismos
C6H12O6 + 6O2 + 38ADP + 38P  6CO2 + 6H2O + 38ATP
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C6H12O6 + 6O2 + 38ADP + 38P  6CO2 + 6H2O + 38ATP (procariotos)
38 ATP (procariotos) 36 ATP (eucariotos)
Balanço energético da respiração aeróbica
Respiração Anaeróbica
O aceptor final de elétrons é uma substância oxidada diferente
do oxigênio (O2) como NO3-, SO4-, CO32-, fumarato
Uma implicação é o rendimento energético inferior ao da respiração
aerobica: nenhum aceptor alternativo apresenta potencial tão oxidante
quanto O2.
Desnitrificação:
NO3
- NO2
-  NO  N2O  N2
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Ciclo do nitrogênio
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Potencial de Redução
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Fermentação
Conceito bioquímico: Obtenção de energia a partir da oxidação
parcial de carboidratos.
Fosforilação em nível de substrato
Baixo rendimento energético:
-Oxidação parcial dos compostos orgânicos
-Pouca diferença do E’o do doador e do receptor.
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Fermentação Alcoólica e Lática
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Recuperação de Coenzimas Oxidadas
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Autotróficos
Fotossíntese 
Cianobactérias
H2O + CO2 + Luz 
PR + ATP (CHO)n + O2 + H2O
clorofila a
Púrpuras
H2S + CO2 + Luz 
PR + ATP (CHO)n + H2O + S
Bacterioclorofila 
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Fotossíntese oxigênica
Transformação de energia
luminosa em energia química
para que o carbono do dióxido
de carbono (CO2) seja
convertido em compostos
orgânicos e seja produzindo
oxigênio gasoso (O2).
Presente nas cianobactérias e
nos cloroplastos dos
eucariontes
Doador de elétrons é H2O:
sua oxidação gera o O2. Dois
fotossistemas: PSI e PSII
(fase Clara)
Fixação do carbono Ciclo de
Calvin (fase escura)
6CO2 + 12H2O + Luz -------C6H12O6 + 6O2 + 6H2O
Cianobactérias, algas e plantas
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O NADPH e o ATP é utilizado para
reduzir o CO2 no processo de fixação
do carbono (Fase Escura)
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Fotossíntese anoxigênica
Doadores de elétrons variam: H2S ou So nas
bactérias verdes e púrpuras sulfurosas
H2 ou compostos orgânicos em bactérias verdes
e púrpuras não sulfurosas
Bacterias verdes apenas um fotossistema
semelhante ao PSI
Bactérias púrpuras um fotossistema semelhante
ao PSII
Principal função é produzir ATP via
fotofosforilação e NADPH
Catabolismo dos lipídeos
Os triglicerídeos são hidrolisados em glicerol e ácidos graxos. O glicerol é quebrado via
Glicólise. Os ácidos graxos são quebrados em unidades de dois carbonos e entram no ciclo de
Krebs, onde são metabolizados para produzir energia adicional.
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Catabolismo das proteínas
Os peptídeos são hidrolisados a aminoácidos. Os aminoácidos são desaminados, e
as moléculas resultantes entram em vias que levam ao ciclo de Krebs.
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Biossíntese
1) Formação de monômeros a partir dos 12 precursores das VMC
2) Energização dos monômeros 
3) Polimerização dos monômeros energizados
Exemplos:
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Biossíntese dos aminoácidos
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Biossíntese dos ácidos nucléicos
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Biossíntese dos lipídeos
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