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metabolismo microbiano

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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
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Metabolismo microbiano
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ATP
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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
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Figura: Três exemplos de fosforilação em nível de substrato
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Figura: Fosforilação oxidativa
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Figura. Esquema de fotofosforilação
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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
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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
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Glicólise
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 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
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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.
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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).
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Figura. Usualmente as bactérias fermentadoras são distinguidas por seus produtos finais
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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.
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Figura. Via heterolática
Figura.Via Embden-Meyerhof
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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.
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Figura. Via Entner-Doudoroff de fermentação. A Reação geral é Glicose -------> 2 etanol + 2 CO2 + 1 ATP. 
Figura. Via Embden-Meyerhof
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Table. Vias oxidativas empregadas por várias bactérias. 
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Tabela. Produtos finais produzidos na fermentação microbiana.
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FERMENTAÇÃO
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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).
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Figura. Esquema de respiração aeróbica
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Respiração aeróbica
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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
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Respiração aeróbica
Cadeia transportadora de elétrons
Consiste de uma sequencia de de moléculas transportadoras que são capazes de de oxidação e redução 
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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
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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.  
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Figura. Oxidações litotróficas
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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)
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Figura. Modelo para as reações da fotossíntese
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Tabela. Diferenças entre a fotossíntese bacteriana e de plantas   
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Biossíntese

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