Metabolismo de Microrganismos

Prévia do material em texto

O metabolismo consiste na acumulação e na degradação de nutrientes dentro de uma célula a 
fim de obter energia e gerar substâncias que sustentam a vida. Dois componentes essenciais 
do metabolismo são as enzimas e a molécula trifosfato de adenosina (ATP) > ATP gerencia as 
necessidades energéticas da célula > sem energia não é possível metabolizar nenhuma 
substância. As vias podem ser divididas em anabólicas e catabólicas:
Anabolismo e Catabolismo
Reações químicas reguladas enzimaticamente que liberam energia > CATABOLISMO (ou reação de 
degradação) > quebra de compostos orgânicos complexos > compostos mais simples e menores 
Glicólise•
Reações acopladas à síntese de ATP•
ATP > armazena a energia derivada de reações catabólicas e libera posteriormente conduzindo as 
reações anabólicas > quando se retira o grupo fosfato terminal do ATP, para formar ADP, libera-se 
energia 
•
a quebra de compostos orgânicos complexos > REAÇÃO HIDROLÍTICA (utilização de H2O para quebrar 
ligações) e REAÇÃO EXERGÔNICA (produção de energia superior ao gasto) > BLOCOS CONSTRUTIVOS 
PARA AS REAÇÕES ANABÓLICAS + energia necessária para o anabolismo 
Síntese proteíca a partir de aminoácidos•
Síntese de ácidos nucleicos a partir de nucleotídeos•
Síntese de polissacarídeos a partir de açúcares simples •
Reações acopladas à quebra do ATP•
Reações químicas reguladas enzimaticamente que requerem energia > ANABOLISMO (reações de 
síntese) > formação de compostos complexos através de compostos mais simples > REAÇÃO DE SÍNTESE 
POR DESIDRATAÇÃO (reações de síntese que liberam H20) e REAÇÕES ENDERGÔNICAS (consumo de 
energia é maior que a produção) > CRESCIMENTO CELULAR
Somente parte da energia liberada no catabolismo está disponível para as funções celulares, pois parte da 
energia é perdida no ambiente como calor. Como uma célula precisa de energia para se manter viva, ela 
tem uma necessidade constante de novas fontes externas dessa energia.
Enzimas
Cada reação química requer um nível específico de energia (ENERGIA DE ATIVAÇÃO) e uma orientação 
específica das moléculas
•
Calor aumenta a velocidade das moléculas▪
Aumento de temperatura > aumento da taxa de reação○
Aumento da pressão e [reagentes] > aumento da taxa de reação○
Taxa de reação > frequência de colisões contendo energia suficiente para desencadear uma reação 
< depende do número de moléculas reagentes que estão ao nível da energia de ativação
•
Nos sistemas vivos, as enzimas aumentam a taxa de reação sem elevar a temperatura•
As reações químicas ocorrem quando ligações químicas são formadas ou quebradas. Para as reações 
ocorrerem, átomos, íons ou moléculas devem colidir > TAXA DE REAÇÃO > TEORIA DA COLISÃO > átomos e 
moléculas estão sempre colidindo entre si > energia liberada quebra ligações ou as forma < depende de 
velocidade, energia disponibilizada e configurações químicas específicas 
Substrato + sítio ativo > complexo enzima-substrato > orientação do complexo para posição favorável > 
produtos da reação liberados da enzima > enzima livre
•
Aceleram uma reação sem a necessidade de um aumento de temperatura > aumento significativo de 
temperatura poderia destruir as proteínas celulares
•
Sistema chave-fechadura > substrato é alocado por enzima específica•
Apoenzimas são ativadas por cofatores○
Enzimas > a maioria apresenta uma porção proteica > APOENZIMA < e um componente não proteico > 
COFATOR (se o cofator é uma molécula orgânica é chamado de COENZIMA)
•
Competitivo > ocupa o sítio ativo e compete com o substrato normal pela posição (estruturas 
moleculares semelhantes) > ligações irreversíveis (substrato não pode se ligar à enzima) e reversíveis
○
Inibição por retroalimentação > produto final de uma via pode inibir alostericamente as 
atividades das enzimas que catalisam a via 
▪
Na inibição não competitiva (alostérica), o inibidor se liga ao sítio alostérico > mudança na 
conformação do sítio ativo > enzima disfuncional 
○
Inibidor enzimático > competitivo e não competitivo•
Sulfanilamida (ligação irreversível) > antibacteriano que se liga à enzima conversora de PABA em 
ácido fólico (importante para as bactérias) > bactérias morrem > células humanas vivem 
○
Venenos como o cianeto, o arsênico e o mercúrio, associam-se a enzimas e impedem o funcionamento da 
bactéria > células param de funcionar e morrem
•
Ribozimas > cortam o RNA, unem as peças remanescentes e estão envolvidas na síntese de proteínas nos 
ribossomos
•
As substâncias que podem acelerar uma reação química sem que ela seja permanentemente alterada são 
chamadas de catalisadores > ENZIMAS COMO CATALISADORES BIOLÓGICOS > diminuem a energia de 
ativação e acelera a reação (observar foto acima) > aumentam o número de moléculas que atingem a energia de 
ativação
ATP > ligações de "alta energia" > LIGAÇÕES INSTÁVEIS > energia rápida e fácil•
Produção de energia
Oxidação: remoção de elétrons de uma molécula ou átomo•
São reações acopladas > pareamento da oxidação e redução é chamado de reação REDOX○
Redução: adição de elétrons de uma molécula ou átomo•
Oxidação biológica > REAÇÕES DE DESIDROGENAÇÃO > perda de dois átomos de hidrogênio 
direcionados para a molécula NAD+ que é reduzida > NADH + H+ 
•
Reação de oxidação-redução
Grupo fosfato de alta energia é transferido do substrato (que pode ter sido oxidado 
em alguma reação anterior) ao ADP
□
Fosforilação em nível de substrato▪
Elétrons são transferidos de compostos orgânicos para carreadores de elétrons 
(NAD+ e FAD) > CADEIA DE TRANSPORTE DE ELÉTRONS > liberação de ATP pelo 
transporte de elétrons (quimiosmose)
□
Fosforilação oxidativa▪
Organismos fotossintetizantes transformam energia luminosa em ATP e NADPH > 
síntese de moléculas orgânicas
□
Fotofosforilação▪
A adição do grupo fosfato (que contém a energia da reação) é chamada de FOSFORILAÇÃO ○
Reação redox > ADP + energia +Pi > ATP•
Produção de ATP
Vias metabólicas de produção de energia
Os organismos liberam e armazenam energia a partir de moléculas orgânicas através de uma série de 
reações controladas, em vez de em um único evento > reações de oxidorredução. 
Stella Fernandes - MEDUFMS/Turma LIII Metabolismo de Microrganismos 
 Página 1 de Microrganismos 
Organismos fotossintetizantes transformam energia luminosa em ATP e NADPH > 
síntese de moléculas orgânicas
□
Vias metabólicas de produção de energia
Via metabólica > reação química catalisada por uma enzima•
Catabolismo de carboidratos > maior parte dos organismos oxida glicose para obter energia 
< RESPIRAÇÃO CELULAR e FERMENTAÇÃO (iniciadas pela glicólise)
•
Glicólise > utilização de 2 moléculas de ATP na fosforilação da glicose de 6 carbonos > 
gliceraldeído-3-fosfato (GP) + di-hidroxiacetona-fosfato (DHAP) > DHAP convertida em GP > 
piruvato + (NAD+ > NADH) + 4 moléculas de ATP (fosforilação à nível de substrato)
•
Produtora da coenzima reduzida NADPH a partir de NADP+ ○
Bacillus subtilis, E. coli, Leuconostoc mesenteroides e Enterococcus faecalis○
Via das pentoses-fosfato > produz pentoses intermediárias essenciais, utilizadas na síntese de (1) 
ácidos nucleicos, na (2) glicose a partir de dióxido de carbono na fotossíntese e em (3) certos 
aminoácidos
•
A cadeia de transporte de elétrons regenera NAD+ e FAD, que podem, assim, 
ser utilizadas novamente na glicólise e no ciclo de Krebs. As várias 
transferências de elétrons na cadeia de transporte geram em torno de 34 
moléculas de ATP a partir de cada molécula de glicose oxidada: 
aproximadamente três de cada uma das dez moléculas de NADH (total de 30) e 
cerca de duas de cada uma das duas moléculas de FADH2 (total de quatro).

A energia de NADH e FADH2 são os produtos mais importantes do ciclo de krebs, 
sendo parte da energia liberada na glicólise. Durante a respiração, através da cadeia 
de transporte de elétrons, essa energia é convertida em ATP
□
Ciclo de Krebs > piruvato > descarboxilação e oxidação (NAD+ > NADH) > acetil-CoA > 
acetil + ácido oxalacético > ácido cítrico> rearranjo > ácido isocítrico > oxidação e 
descarboxilação > ácido a-cetoglutárico > oxidação e descarboxilação > succinil-CoA > 
fosforilação à nível de substrato > ácido succínico > rearranjo e oxidação (FADH2 e 
NADH) > ácido fumárico e depois ácido málico > ácido oxalacético 
▪
Respiração aeróbia○
A quantidade de ATP gerada na respiração anaeróbia varia de acordo com o 
microrganismo e a via
▪
Como apenas parte do ciclo de Krebs opera em condições anaeróbias, e uma vez que 
somente alguns dos carreadores da cadeia de transporte de elétrons participam da 
respiração anaeróbia, o rendimento de ATP nunca é tão alto quanto na respiração 
aeróbia. Assim, os anaeróbios tendem a crescer mais lentamente que os aeróbios
▪
Respiração anaeróbia > aceptor final de elétrons é uma substância inorgânica diferente de O2○
Respiração celular > ácido pirúvico > fermentação ou respiração celular > GERAÇÃO DE ATP•
Lactato possui duas bactérias: Streptococcus e Lactobacillus > homolácticos 
(produzem apenas ácido láctico)
□
Glicólise > glicose > piruvato > lactato ▪
Fermentação de ácido láctico○
Fermentação > libera energia a partir de moléculas orgânicas em um processo que não requer 
oxigênio, utilizando uma molécula orgânica sintetizada na célula como aceptor final de elétrons > 
pequena quantidade de ATP
•
Lipólise > lipases quebram a gordura > ácidos graxos e glicerol > ciclo de krebs oxida ácidos 
graxos e glicerol
○
Proteínas > proteases e peptidases extracelulares + quebra de proteínas em aminoácidos > 
passagem pela membrana celular > conversão em substâncias capazes de adentrar o ciclo de 
krebs (como a desaminação, descarboxilação e dessulfurização)
○
Catabolismo de lipídeos e proteínas•
Os organismos liberam e armazenam energia a partir de moléculas orgânicas através de uma série de 
reações controladas, em vez de em um único evento > reações de oxidorredução. 
Identificação de bactérias que causam doenças > bactérias aeróbias utilizam a cadeia de transporte 
de elétrons > testes de enzimas existentes ou ausentes
•
Identificação de bactérias e leveduras > presença de enzimas•
Teste de fermentação > proteínas, carboidratos, indicador de pH e tubo de Durhan invertido > 
bactérias no tubo podem fermentar os substratos colocados e ao produzir ácido a coloração muda
•
Citocromo c oxidase > Neisseria gonorrheae é positiva para a citocromo oxidase•
Citocromo c oxidase > Pseudomonas é positiva•
Citocromo c oxidase > Escherichia é negativa.•
Shigella > não produz gás a partir da lactose•
E. coli > produz gás a partir da lactose•
Salmonella > produção de sulfeto de hidrogênio•
Testes Bioquímicos
Fotossíntese
Organismos sintetizam compostos orgânicos complexos
Bactérias sulforosas verdes utilizam H2S como 
doador de hidrogênio > produzem grânulos de 
enxofre
•
a partir de substâncias inorgânicas simples > plantas e 
microrganismos > conversão da energia luminosa do sol 
em energia química > CO2 + H20 + energia luminosa 
(FIXAÇÃO DE CARBONO) > açúcar + O2 + H20 
Elétrons são obtidos a partir dos átomos de hidrogênio da 
água. O acréscimo de energia é fornecido pela energia 
luminosa, ainda que indiretamente.
É realizada em duas etapas: reações foto-dependentes e 
reações foto-independentes 
Reação foto-dependente: fotofosforilação 
Energia luminosa é utilizada na conversão de ADP e P em ATP. O 
carreador de elétrons NADP+ é reduzido a NADPH > carreador de 
elétrons rico em energia. 
Cianobactérias possuem estruturas fotossintéticas cujos 
tilacoides abrigam a clorofila a
○
Clorofila está localizada nos tilacoides membranosos dos 
cloroplastos - FOTOSSISTEMAS
•
A fotofosforilação é uma das três vias para produzir ATP, e ela 
somente ocorre em células fotossintéticas > energia luminosa é 
absorvida por moléculas de clorofila (clorofila a é a mais comum entre 
plantas verdes, algas e cianobactérias) na célula fotossintética > 
excitando elétrons > moléculas carreadoras de elétrons > CTE > 
prótons são bombeados pela membrana (ADP > ATP por 
quimiosmose) 
 Página 2 de Microrganismos 
Cianobactérias possuem estruturas fotossintéticas cujos 
tilacoides abrigam a clorofila a
○
Bactérias utilizam bacterioclorofilas ○
Clorofila está localizada nos tilacoides membranosos dos 
cloroplastos - FOTOSSISTEMAS
•
Fotossistema I (clorofila sensível a ondas maiores de luz) e 
fotossistema II (clorofila sensível a ondas menores de luz)
•
Fotofosforilação cíclica > elétrons liberados da clorofila do 
fotossistema I retornam a ela
•
Fotofosforilação acíclia > organismos oxigênicos > dois 
fotossistemas são necessários > elétrons liberados não retornam 
à clorofila > incorporados ao NADPH
•
quimiosmose) 
Reações foto-independentes
Elétrons do carreador NADPH são utilizados juntamente com a 
energia do ATP para reduzir CO2 em açúcar
Diversidade Metabólica
Fonte de energia: fototróficos (utilizam luz) ou quimiotróficos (utilizam reações de 
oxirredução de compostos orgânicos e inorgânicos)
•
Fonte de carbono: autótroficos (produzem seu alimento) e heterotróficos (dependem de 
fontes externas)
•
Todos os organismos, incluindo os microrganismos, podem ser classificados 
metabolicamente de acordo com seus padrões nutricionais – sua fonte de energia e sua fonte 
de carbono.
Biossíntese de polissacarídeos
Após terem sintetizado glicose (ou outros açúcares simples), as bactérias podem agregá-la em polissacarídeos mais 
complexos, como o glicogênio. Para as bactérias transformarem glicose em glicogênio, as unidades de glicose devem ser 
fosforiladas e ligadas > glicose-6-fosfato > + ATP > adenosina-disfoglicose (ADPG) > união de várias ADPG 
Utilizando um nucleotídeo chamado de uridina-trifosfato (UTP) como fonte de energia e glicose-6-fosfato, os animais
sintetizam glicogênio (e muitos outros carboidratos) a partir de uridina-fosfoglicose, UDGP. Um composto relacionado à 
UDPG, chamado de UDP-N-acetilglicosamina (UDPNAc), é um material inicial importante na biossíntese de 
peptideoglicano, a substância que forma as paredes celulares bacterianas. A UDPNAc é formada a partir de frutose-6-
fosfato, e a reação também utiliza UTP.
Biossíntese de Lipídeos
As células sintetizam gordura pela ligação de glicerol a ácidos graxos. A porção glicerol da gordura é derivada da di-
hidroxiacetona-fosfato, um intermediário formado durante a glicólise. Os ácidos graxos são formados quando dois 
fragmentos de carbono da acetil-CoA são sucessivamente adicionados um ao outro > reações de síntese por desidratação 
que requerem ATP.
Biossíntese de aminoácidos e proteínas
Os aminoácidos são requeridos para a síntese de proteínas. Uma fonte importante de precursores (intermediários) 
utilizados para a síntese de aminoácidos é o ciclo de Krebs. A adição de um grupo amina ao ácido pirúvico ou a um ácido 
orgânico apropriado do ciclo de Krebs converte o ácido em um aminoácido > aminação. Se o grupo amina é oriundo de 
um aminoácido preexistente, o processo é chamado de transaminação.
A ligação de aminoácidos para formar proteínas envolve a síntese por desidratação e requer energia na forma de ATP.
Biossíntese de purinas e pirimidinas 
As moléculas informacionais do DNA e do RNA consistem em unidades repetidas, chamadas de nucleotídeos, cada uma 
dos quais consiste em uma purina ou pirimidina, uma pentose (açúcar de cinco carbonos) e um grupo fosfato.
Alguns aminoácidos – ácido aspártico, glicina e glutamina – feitos a partir de intermediários produzidos durante a 
glicólise e no ciclo de Krebs participam da biossíntese de purinas e pirimidinas > formam os anéis de purina e 
pirimidina.
As vias metabólicas que funcionam no anabolismo e no catabolismo são chamadas de 
vias anfibólicas > duas finalidades > ligam as reações que levam à quebra e à síntese de 
carboidratos, lipídeos, proteínas e ácidos nucleicos > reações simultâneas > utilização de 
diferentes coenzimas para vias opostas (NAD+ em reações catabólicas e NADP+ em
reações anabólicas) < estoques de energia de uma célula podem afetar as velocidadesdas 
reações bioquímicas 
 Página 3 de Microrganismos