Aula 3

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METABOLISMO MICROBIANO
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APRESENTAÇÃO
(i) Fábio Coelho Sampaio,
(ii) fabio.sampaio@ufv.br,
(iii) Ramal 1943,
(iv) Sala ECS 242A,
(v) Atendimento aos alunos.
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Divisão:
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 Metabolismo Microbiano I: Obtenção de energia,
 Metabolismo Microbiano II: Utilização de energia.
METABOLISMO MICROBIANO
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METABOLISMO MICROBIANO
Por que estudar o metabolismomicrobiano?
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METABOLISMO MICROBIANO
Por que estudar o metabolismomicrobiano?
- Fendas hidrotermais (Fumarola),
- Archaea,
- Profundida = 2600 metros,
- T > 100 °C.
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METABOLISMO MICROBIANO
Por que estudar o metabolismomicrobiano?
O que émetabolismo?
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METABOLISMO MICROBIANO
O que émetabolismo?
Conjunto de reações/transformações químicas
coordenadas com atuação de diferentes sistemas
multienzimáticos que permitem obter, carrear-armazenar
e utilizar energia para realização das funções celulares.
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METABOLISMO MICROBIANO
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Onde acontece o metabolismo –Locais?
METABOLISMO MICROBIANO
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Onde acontece o metabolismo –Locais?
METABOLISMO MICROBIANO
 Eucarioto:
- Mitocôndria: fosforilação oxidativa, oxidação de ácidos graxos, etc.;
- Citosol: glicólise, vias das pentoses fosfato, biossíntese de ácidos 
graxos, gliconeogênese;
- Núcleo: replicação e transcrição do DNA, processamento do RNA;
- RER: síntese de proteínas de membrana e secretoras;
- Etc..
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Onde acontece o metabolismo –Locais?
 Procarioto?
http://www.lourdes-luengo.org/actividades/5-2procariota.htm
METABOLISMO MICROBIANO
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Visão geral dometabolismo:
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METABOLISMO MICROBIANO
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Obtenção de energia no mundomicrobiano:
METABOLISMO MICROBIANO
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Classificação do metabolismomicrobiano:
Classificação Energia Carbono Elétrons
Quimiotrófico Substância química
Fototrófico Luz
Heterotrófico Comp.orgânico
Autotrófico CO2
Organotrófico Comp.orgânico
Litotrófico Comp. inorgânico
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METABOLISMO MICROBIANO
Classificação do metabolismomicrobiano:
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Classificação Energia Carbono Elétrons
Quimiorganotrófico (heterotrófico) Orgânico Orgânico Orgânico
Quimiolitotróficoautotrófico Inorgânico CO2 Inorgânico
Quimiolitotróficoheterotrófico Inorgânico Orgânico Inorgânico
Fotolitotrófico (autotrófico) Luz CO2 Inorgânico
Fotorganotrófico (heterotrófico) Luz Orgânico Orgânico
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Autotrófico\Heterotrófico
Fotolito\Fotoorganotróficos
Bioenergética:
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METABOLISMO MICROBIANO
Bioenergética:
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METABOLISMO MICROBIANO
Bioenergética – Definição deenergia:
Capacidade de realizar trabalho
ENERGIA: 
ATP
MACRO-
MOLÉCULAS
MONÔMEROS
KJ/mol ou KCal/mol
ULTRAESTRUTURAS
Energia livre (G = Gibbs): energia disponível para realizar trabalho útil
• Variação de energia livre (ΔG): variação na energia livre durante
uma reação;
Bioenergética – Variação de energia livre:
• Variação de energia livre padrão (ΔGo’).
Significa que o valor de energia foi obtido em condições padrão:
(pH 7, 25oC e 1M dos produtos e reagentes)
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METABOLISMO MICROBIANO
• Variação de energia livre (ΔG ou ΔGo’): variação na energia livre
durante uma reação
R1 + R2  P1 + P2
ΔG ou ΔGo’ positivo - reação endergônica: utilização de E. (não expontânea)
ΔG ou ΔGo’negativo - reação exergônica: liberação de E. (expontânea)
Bioenergética – Variação de energia livre:
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METABOLISMO MICROBIANO
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Bioenergética – Como ocorre reação comΔGo’:
Glicose + Pi  Glicose-6-P + H2O ΔGo’= 13,8 KJ/mol
ATP + H2O  ADP + Pi ΔGo’= -30.5 KJ/mol
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METABOLISMO MICROBIANO
Bioenergética – Carreadores deenergia:
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METABOLISMO MICROBIANO
Bioenergética – Carreadores deenergia:
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METABOLISMO MICROBIANO
Bioenergética – Carreadores deenergia:
Adenosina trifosfato (ATP)
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METABOLISMO MICROBIANO
Bioenergética – Carreadores deenergia:
Guanosina trifosfato (GTP)=ATP
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METABOLISMO MICROBIANO
Nicotinamida Adenina Dinucleotído - NADH
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Bioenergética – Carreadores deenergia:
Flavina Adenina Dinucleotído – FADH2
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METABOLISMO MICROBIANO
Bioenergética – Carreadores deenergia:
Glicose 6-Fosfato
Acetil Fosfato
Anidrido de alta 
energia
Ligação éster de 
baixa energia
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METABOLISMO MICROBIANO
Bioenergética – Carreadores deenergia:
ATP4- + H2O  ADP3- + Pi + H+ ΔGo’ = 30,5 Kj/mol
Ligação éster de
baixa energia
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Anidrido de 
alta energia
Fosofenolpiruvato
ATP
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Bioenergética – Armazenamento deenergia:
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METABOLISMO MICROBIANO
Bioenergética – Armazenamento deenergia:
Grânulos de poli-beta-hidroxibutirato, glicogênio e polifosfato
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METABOLISMO MICROBIANO
Bioenergética – Armazenamento deenergia:
Grânulos de enxofre
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METABOLISMO MICROBIANO
Bioenergética – Reações deoxidação-redução:
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METABOLISMO MICROBIANO
Bioenergética – Reações deoxidação-redução:
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METABOLISMO MICROBIANO
Bioenergética – Reações deoxidação-redução:
> E’0 = tendência a receber 
elétrons (ser reduzido)
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< E’0 = tendência a perder elétrons
(ser oxidado)
METABOLISMO MICROBIANO
Bioenergética – Reações deoxidação-redução:
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> E’0 = tendência a receber 
elétrons (ser reduzido)
< E’0 = tendência a perder elétrons
(ser oxidado)
METABOLISMO MICROBIANO
Bioenergética – Reações deoxidação-redução:
> E’0 = tendência a receber 
elétrons (ser reduzido)
< E’0 = tendência a perder elétrons
(ser oxidado)
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METABOLISMO MICROBIANO
Catabolismo:
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METABOLISMO MICROBIANO
Quimiorganotróficos:
Fermentação
Ex: Leveduras, bactérias 
láticas, E. coli e outras
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X=orgânica
Y=O2  aeróbia: Respiração aeróbia
Ex: Fungos e boa parte das bactérias
Respiração anaeróbia
Ex: Desulfovibrio, Escherichia. coli, 
Agrobacterium e outras
Y = sem O2
anaeróbia
Classificação Energia Carbono Elétrons
Quimiorganotrófico (heterotrófico) Orgânico Orgânico Orgânico
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Respiração aeróbia
METABOLISMO MICROBIANO
1ª Etapa: Oxidação do substrato químico orgânico a CO2 pelas vias 
metabólicas centrais:
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Respiração aeróbia
METABOLISMO MICROBIANO
METABOLISMO MICROBIANO
Vias metabólicascentrais:
3
Bactérias aeróbias que
2 utilizam ácido graxo e
1 acetato como fonte de 
carbono e energia
4
58
Vias metabólicascentrais:
59
Ciclo do Glioxilato
(iv)
(i) (iii)
Ciclo de Calvin
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Via Embden-Meyerhof-Parnas (Glicólise):
METABOLISMO MICROBIANO
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Via Embden-Meyerhof-Parnas (Glicólise):
1 glicose + 2 ATP + 2 NAD+
2 ácido pirúvico + 4 ATP + 2 NADH + H+
METABOLISMO MICROBIANO
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***
*** ***
Via Entner-Doudoroff:
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METABOLISMO MICROBIANO
Comum em 
bactérias Gram-
negativas aeróbias
Pseudomonas aeruginosa
Via Entner-Doudoroff:
Escherichia coli
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METABOLISMO MICROBIANO
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KDPG=ceto-deoxi-fosfogluconato
GAP= Gliceraldeído 3-fosfato 
1,3-bPG= 1,3-Bifosfoglicerato 
3-PG= 3-Fosfoglicerato 
PEP= Fosfoenolpiruvato 
Pyr= Piruvato
2
2
2
2
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Via PentoseFosfato:
METABOLISMO MICROBIANO
68
ATP?
Eritrose 4-Fosfato
Destino dopiruvato:
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METABOLISMO MICROBIANO
70
Fosforilação em nível 
de substrato
Fosforilação oxidativa
Fosforilação em nível
de substrato
58
Ciclo de Krebs:
METABOLISMO MICROBIANO
72
FADH2
***
***
***
***
72
2ª Etapa: Elétrons provenientes da oxidação passam por uma 
cadeia de transporte de elétrons(CTE) constituídas de proteínas 
(Exceto Quinonas) ordenadas pelo potencial de redução 
crescente.
IMPORTANTE! O O2 é o aceptor terminal de elétrons.
Respiração aeróbia:
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METABOLISMO MICROBIANO
Cadeia transportadora deelétrons:
62
Geração quimiosmótica de ATP
METABOLISMO MICROBIANO
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Modelo: Paracocus denitrificans (Procarioto)
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Fosforilação oxidativa (Eucarioto)
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Rendimento energético:
METABOLISMO MICROBIANO
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Respiração anaeróbia:
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METABOLISMO MICROBIANO
1ª Etapa: Oxidação do substrato químico orgânico a CO2 pelas vias
metabólicas centrais:
Respiração anaeróbia:
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(Anaeróbios
(i) Glicólise (Embdem-Meyehoff),
(ii) Entner Doudoroff,
(iii) Via Pentose fosfato,
(iv) Ciclo do ácido cítrico (TCA) 
Facultativos)
METABOLISMO MICROBIANO
Respiração anaeróbia:
Ciclo de Krebs oxidativo-redutivo >>> 
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METABOLISMO MICROBIANO
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α-cetoglutarato desidrogenase
Ramo Oxidativo
Ramo Redutivo
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Respiração anaeróbia:
2ª Etapa: Elétrons provenientes da oxidação passam por uma
cadeia de transporte de elétrons (CTE) constituídas de proteínas
(Exceto quinonas) ordenadas pelo potencial de redução crescente.
IMPORTANTE! O O2 NÃO é o aceptor final de elétrons. 
Em geral os aceptores incluem NO3-, SO42-, Fe3+, etc..
METABOLISMO MICROBIANO
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Paracocus denitrificans (Desnitrificação)
- Os gases formados são facilmente liberados no ambiente,
- Principal via de formação de N2.
Respiração anaeróbia: cadeia transportadora deelétrons
METABOLISMO MICROBIANO
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- Agricultura: Aeração dosolo,
- Camada de ozônio,
- Chuva ácida.
- E’0 –Nitrato/Nitrito
- E’0 –O2/H2O
Amonificação
Desnitrificação
Fermentação:
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METABOLISMO MICROBIANO
Fermentação:
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Gênero Produtos finais da fermentação
Lactobacillus, 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
METABOLISMO MICROBIANO
Fermentação lática:
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METABOLISMO MICROBIANO
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Fermentaçãoalcoólica:
78
METABOLISMO MICROBIANO
Fermentação versus respiração:
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Nas células eucarióticas o rendimento da respiração aeróbia
é <38 ATP.
Produção de 
energia
Condições 
crescimento
Aceptor final é. Fosforilação 
(ATP)
ATP
produzido
Respiração
aeróbia
Aerobiose O2 Em nível de
substrato e
oxidativa
 38 ATP
Respiração 
anaeróbia
Anaerobiose NO3-, SO4-, CO32-
Fumarato
Em nível de
substrato e
oxidativa
Variável 
(<38 e >2 ATP)
Fermentação Aerobiose ou 
anaerobiose
Composto orgânico Em nível de 
substrato
2
METABOLISMO MICROBIANO
Quimiolitotrofia:
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METABOLISMO MICROBIANO
Quimiolitotrofia:
Y=O2  aeróbia
Ex: Thiobacillus, Nitrosomonas, Nitrobacter
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X=inorgânica
Y sem O2  anaeróbia
Ex: metanogênicas (Methanobacterium) e
acetogênicas (Acetobacterium)
Classificação Energia Carbono Elétrons
Quimiolitotróficoautotrófico Inorgânico CO2 Inorgânico
Quimiolitotróficoheterotrófico Inorgânico Orgânico Inorgânico
METABOLISMO MICROBIANO
No metabolismo QUIMIOLITOTRÓFICO os micro-organismos
obtêm energia de compostos inorgânicos como por exemplo:
• H2,
• NH3,
• CO,
• NO2-,
• S2O32-,
• S0,
• H2S
• Fe2+
Quimiolitotrofia:
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METABOLISMO MICROBIANO
Respiração aeróbia
Bactérias que oxidam Ferro - Thiobacillus ferrooxidans
Quimiolitotrofia:
METABOLISMO MICROBIANO
?
83
942 Fe2+ + 2 H+ +O2 2 Fe3+ +H2O
85
Quimiolitotrofia:
Bactérias que oxidam Ferro - Thiobacillus ferrooxidans
(i) Drenado de 
mina ácida
(ii) Culturas (iii) Hidróxido férrico 
insolúvel
METABOLISMO MICROBIANO
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Fototrofia:
METABOLISMO MICROBIANO
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Fototrofia:
Fotossíntese oxigênica
Ex: algas e cianobactérias
Fotossíntese anoxigênica
Ex: Chromatium, Rhodobacter
Fototrofia
X= luz
METABOLISMO MICROBIANO
Fotorganotrófico
Fotolitotrófico
Classificação Energia Carbono Elétrons
Fotolitotrófico (autotrófico) Luz CO2 Inorgânico
Fotorganotrófico (heterotrófico) Luz Orgânico Orgânico
100Fotofosforilação
Antena
Centro de Reação
Fotossistema II
H2, Fe2+ eorgânicos
Fotossíntese Anoxigênica (Cíclica)
102
PSI=Fotossitema IPSII=Fotossitema II
Fotólise da H2O Reposição dos elétrons
Fotossíntese Oxigênica (acíclica)
Utilização de energia pelas célulasmicrobianas:
90
METABOLISMO MICROBIANO