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* * * Metabolismo microbiano São todas as reações bioquímicas que ocorrem em uma célula ou organismo Produção de energia Utilização de energia Energia é a capacidade de realizar trabalho Biossíntese das partes estruturais, tais como parede celular, membranas e apêndices Síntese de enzimas, ácidos nucléicos, polissacarídeos, fosfolipídios e outros componentes Reparo de danos e manutenção da célula em boas condições Crescimento e multiplicação Armazenamento de nutrientes e excreção de produtos de escória Mobilidade * * * Metabolismo microbiano * * * * * * ATP * * * Metabolismo microbiano Produção de ATP pelos microrganismos Fosforilação é a adição de um grupo fosfato a um composto. O ATP é formado pela fosforilação do ADP. As células fundamentalmente podem produzir ATP de três modos : 1- Fosforilação em nível de substrato: o grupo fosfato de um composto químico é retirado e adicionado diretamente no ADP. Ocorre durante a fermentação e respiração (ciclo de Krebs) 2- Fosforilação oxidativa: a energia liberada pela oxidação de compostos químicos (nutrientes) é utilizada para a síntese de ATP a partir do ADP. 3- Fotofosforilação: A energia da luz é utilizada para a síntese de ATP e NADPH * * * Figura: Três exemplos de fosforilação em nível de substrato * * * * * * * * * Figura: Fosforilação oxidativa * * * Figura. Esquema de fotofosforilação * * * Metabolismo microbiano Vias de degradação de nutrientes Os microrganismos podem utilizar uma ampla variedade de compostos como fonte de energia. O metabolismo heterotrófico é guiado principalmente por dois processos: fermentação e respiração * * * Fermentação é um tipo antigo de metabolismo.Fermentação é o metabolismo no qual a energia é derivada da oxidação parcial de compostos orgânicos usando intermediários orgânicos como doadores e aceptores de elétrons. Todo ATP é produzido em pela fosforilação em nível substrato Vários tipos de fermentação são observados em diferentes microrganismos, sendo os exemplos mais conhecidos a fermentação alcoólica e a fermentação lática. Figura. Modelo de fermentação. (E) O substrato é oxidado até um composto orgânico intermediário; NAD é o agente oxidante. (D) Na fermentação lática por Lactobacillus, o substrato (glicose) é oxidado até piruvato e este reduzido até ácido lático * * * Glicólise * * * Em procaritos existe três principais vias da glicólise: 1- A via Embden-Meyerhof, que também é utilizada pela maioria dos procaritos, incluindo leveduras (Saccharomyces) 2- A via heterolática 3- A via Entner-Doudoroff * * * A via Embden-Meyerhof Esta via da glicólise é a mais familiar para os biquímicos, padeiros, cervejeiros e queijeiros. A levedura Saccharomyces utiliza esta via para a produção de etanol e CO2. É usada por bactérias do ácido (homo) lático para produzir etanol e por outras para produzir uma variedade de ácidos gráxos, álcoois e gases. * * * Figura. (a) Via Embden- Meyerhof da fermentação do ácido lático em bactérias do ácido lático (Lactobacillus) e (b) a via Embden Meyerhof da fermentação alcoólica em levedura (Saccharomyces). * * * Figura. Usualmente as bactérias fermentadoras são distinguidas por seus produtos finais * * * A via heterolática (Fosfocetolase) A via heterolática é caracterizada por uma enzima chave, fosfocetolase, que quebra pentose-fosfato em gliceroldeído-3-fosfato e acetil fosfato. Como uma via fermentativa, é utilizada principalmente por bactérias ácido heterolática, que inclui algumas espécies de Lactobacillus e Leuconostoc. Nesta via, glicose-fosfato é oxidada até ácido 6-fosfoglucônico, que torna-se oxidado e descarboxilado para produzir pentose fosfato. A reação geral é Glicose ---------->1 ácido láctico + 1 etanol +1 CO2 com o ganho de 1 ATP. A eficiência é aproximadamente metade da via glicolítica. * * * Figura. Via heterolática Figura.Via Embden-Meyerhof * * * A via Entner-Doudoroff Somente algumas bactérias, Zymomonas, utilizam a via Entner-Doudoroff como uma via fermentativa. Porém. Muitas bactérias, especialmente as pseudomonas, usam a via para degradar a glicose (carboidratos) no catabolismo respiratório (sem a glicólise ou via das pentose fosfato). A via Entner-Doudoroff produz 2 ácidos pirúvicos a partir da glicose (a mesma da glicólise). A quantidade de energia produzida por mol de glicose utilizada é um mol de ATP. * * * Figura. Via Entner-Doudoroff de fermentação. A Reação geral é Glicose -------> 2 etanol + 2 CO2 + 1 ATP. Figura. Via Embden-Meyerhof * * * Table. Vias oxidativas empregadas por várias bactérias. * * * Tabela. Produtos finais produzidos na fermentação microbiana. * * * * * * FERMENTAÇÃO * * * Respiração celular É o processo de regeneração de NAD utilizando o NADH2 como doador de eltétrons para um sistema de transporte de elétrons. Respiração aeróbica: Oxigênio é o aceptor final de elétrons do sistema de transportede elétrons Respiração anaeróbica: aceptor de elétrons diferente do oxigênio (nitrato ou sulfato) A respiração resulta na oxidação completa do substrato por um aceptor final de elétrons. Além da via glicolítica, quatro componentes metabólicos são necessários: 1- O ciclo do ácido tricarboxílico; 2- Uma membrana e um sistema de transporte de elétrons associado a membrana; 3- Um aceptor de elétrons externo: O2, SO4 ou S ou NO3 ou NO2 ou outros compostos inorgânicos ou orgânicos; 4- Uma enzima ATPase transmembranar (ATP sintetase). * * * Figura. Esquema de respiração aeróbica * * * Respiração aeróbica * * * Ciclo de Krebs É uma série de reações bioquímicas em que a grande quantidade de energia química potencial armazenada no acetil-CoA é liberada passo a passo Figura. Ciclo de Krebs * * * Respiração aeróbica Cadeia transportadora de elétrons Consiste de uma sequencia de de moléculas transportadoras que são capazes de de oxidação e redução * * * Respiração anaeróbica A respiração em alguns procariotos é possível usando outros aceptores de elétrons que não o oxigênio (O2). Tabela. Aceptores de elétrons para respiração e metanogênese em procariotos * * * Metabolismo litotrófico Litotrofismo é o uso de um composto inorgânico como fonte de energia. Table 5. Physiological groups of lithotrophs * The overall process of nitrification, conversion of NH3 to NO3, requires a consortium of microorganisms. * * * Figura. Oxidações litotróficas * * * Metabolismo fototrófico Fototrofismo é o uso da luz como uma fonte de energia para o crescimento, mais especificamente a conversão da energia luminosa em energia química na forma de ATP Procariotos que podem converter a energia luminosa em energia química incluem as cianobactéria fotossintetizantes, bactérias verdes e púrpuras e halobactérias (Archeas atualmente) * * * Figura. Modelo para as reações da fotossíntese * * * Tabela. Diferenças entre a fotossíntese bacteriana e de plantas * * * Biossíntese
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