Metabolismo bacteriano Microbiologia 3

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MICROBIOLOGIA GERAL 
METABOLISMO BACTERIANO 
ENZIMAS BACTERIANAS 
Enzimas são proteínas que aumentam a 
velocidade de reações – diminuem a energia de 
ativação sem aumentar a temperatura ou a 
pressão no interior da célula. Ou seja, funcionam 
como catalisadores sem alteração permanente. 
São específicas, atuam em um substrato 
específico. 
Componentes: algumas são constituídas 
inteiramente de proteínas; Maioria possui uma 
fração protéica: apoenzima e um componente não 
protéico: cofator – íon metálico ou uma molécula 
orgânica complexa (coenzima). 
Apoenzima + cofator = holoenzima (enzima 
completa). 
 
COENZIMAS 
Podem auxiliar as enzimas pela admissão ou 
doação de átomos requeridos pelo substrato. 
Muitas coenzimas são derivadas de vitaminas. 
Mais importantes no metabolismo (carreadores 
de elétrons) são: NAD+ e NADP+ 
Metabolismo é toda atividade química realizada 
pelo organismo, seja ela liberação de energia ou 
utilização de energia. 
Energia = capacidade de realizar trabalho 
Trabalho = sintetizar substâncias; sintetizar 
enzimas; sintetizar parede celular, reparar 
danos... 
Essa energia é usada para: Biossíntese das partes 
estruturais da célula; síntese de enzimas, ácidos 
nucléicos, polissacarídeos, fosfolipídeos; reparo 
de danos e manutenção da célula em boas 
condições; desenvolvimento e multiplicação; 
armazenamento de nutrientes e excreção de 
produtos indesejáveis; mobilidade (se for o caso). 
 
METABOLISMO MICROBIANO 
Moléculas de nutrientes têm energia associada 
com os elétrons que formam as ligações entre os 
átomos: difícil utilização pela célula. 
Várias reações catabólicas (catabolismo = 
degradação): concentram a energia nas ligações 
do ATP; Ao mesmo tempo, o catabolismo fornece 
unidades básicas para síntese = anabolismo (gasto 
de energia). 
 
ATP (“moeda energética” – mais importante): 
ligações instáveis e de alta energia; ATP: adenina 
+ ribose + 3 grupos fosfatos (energia) 
 
Fosforilação em nível de substrato: o fosfato de 
um composto fosforilado (substrato) é removido e 
adicionado diretamente ao ADP. Geralmente o 
fosfato adquiriu energia durante uma reação 
inicial na qual o próprio substrato foi oxidado. 
Produção de ATP pelos micro-organismos: 
Fosforilação oxidativa: elétrons transferidos a 
carreadores de elétrons (usualmente NAD+) são 
passados através de uma série de diferentes 
carreadores (cadeia de transporte de elétrons) a 
molécula de O2 ou outras moléculas inorgânicas. 
Ocorre na membrana citoplasmática dos 
procariotos (membrana mitocondrial eucariotos) 
Fotofosforilação: energia da luz é utilizada para 
síntese de ATP. 
Também envolve cadeia transportadora de 
elétrons. 
Exclusivo de células fotossintéticas. 
Vias metabólicas de produção de energia = 
metabolismo dos nutrientes (degradação) – 
quimiotróficos. 
Catabolismo: libera energia e precursores à 
síntese. 
Processo metabólico inicia no meio externo: 
hidrólise de macromoléculas = moléculas 
menores, transportadas através da membrana 
celular (processo ativo ou passivo). 
 
Gram positivas: exoenzimas clivando os nutrientes 
(meio extracelular), que são captados por 
proteínas transportadoras. (Solta enzima no meio 
extracelular para quebrar a molécula e depois 
trazê-la para dentro) 
 
Gram negativas: grande número de porinas 
associadas à membrana externa que permitem a 
passagem de moléculas hidrofílicas, de baixa 
massa molecular; Espaço periplasmático: 
proteases, fosfatases, lipases, nucleases e enzimas 
de degradacão de carboidratos. (enzimas 
presentes no espaço periplasmático). 
Metabolismo dos carboidratos 
 
Fonte primária de energia da maioria das 
bactérias; Produção de energia a partir da glicose 
(mais comum): Respiração celular aeróbia ou 
anaeróbia e fermentação; Ambas começam com a 
glicólise, mas seguem vias subsequentes 
diferentes. 
 
De acordo com as enzimas presentes vai para 
fermentação ou para Krebs; na fermentação o 
Oxigênio não interessa e no Krebs obtém-se mais 
energia. Condições de cultivo presença ou não de 
O2. 
 
CONCEITOS BÁSICOS 
GLICÓLISE: oxidação da glicose a piruvato com 
produção de ATP e energia contida em NADH. 
CICLO DE KREBS: oxidação de um derivado de 
piruvato – acetil coA a CO2, com produção de ATP, 
energia contida em NADH e FADH2. 
CADEIA DE TRANSPORTE DE ELÉTRONS: NADH e 
FADH2 são oxidados. Cascata de reações de 
oxirredução envolvendo uma série de 
transportadores de elétrons. Energia das reações 
é utilizada para gerar grande quantidade de ATP. 
 
GLICÓLISE: oxidação da glicose em piruvato. 
Geralmente é a primeira etapa no catabolismo de 
carboidratos e ocorre na maioria dos 
microrganismos e das demais células vivas. Série 
de 10 reações químicas, cada uma catalisada por 
uma enzima diferente. 
 
NAD é reduzido a NADH; produção de 2 ATP e 
pode ocorrer em condições aeróbias e anaeróbias. 
Após a glicose ser quebrada, o piruvato segue ao 
próximo passo: fermentação ou respiração celular 
aeróbia (aceptor final de elétrons é O2) e 
anaeróbia (aceptor final de elétrons é uma 
molécula inorgânica). 
 
CICLO DE KREBS 
Piruvato não entra diretamente antes sobre 
descarboxilação que resulta em acetil. O acetil 
mais a coenzima A = acetil coA (ligação de alta 
energia). 
Respiração celular aeróbia – Krebs 
Para cada 2 acetil-coA que entram no ciclo: 
4 moléculas de CO2 são liberadas; 6 moléculas de 
NADH, 2 moléculas de FADH2 e 2 ATP. 
Além da produção de energia a partir da glicose e 
outros carboidratos, o ciclo Krebs também é uma 
forma dos carbonos derivados dos lipídeos (na 
forma de Acetil CoA) produzirem energia ou gerar 
precursores para biossíntese. Da mesma forma, o 
ciclo inclui muitos pontos nos quais podem entrar 
aminoácidos desaminados. 
 
CADEIA TRANSPORTADORA DE ELÉTRONS 
Regeneração do NAD; Utiliza o NADH como 
doador de elétrons para um sistema de transporte 
de elétrons – sequência de moléculas 
transportadoras que são capazes de oxidação e 
redução. O2 é aceptor final de elétron. Ocorre na 
membrana citoplasmática. 
Os elétrons transportados pela cadeia são 
fornecidos por NADH e FADH2 (glicólise e ciclo de 
Krebs) As reações de oxirreduções envolvendo 
uma série de transportadores de elétrons geram 
energia-síntese de ATP. 
Transportadores de elétrons e a ordem como 
atuam pode diferir entre as bactérias (diferente de 
eucariotos). 
Todas as cadeias de transporte de elétrons 
alcançam o mesmo objetivo básico: energia 
liberada quando elétrons são transferidos de 
compostos de alta energia a compostos de baixa 
energia. 
 
Observação: em eucariotos são 36 moléculas de 
ATP. 
 
RESPIRAÇÃO AERÓBIA: compostos orgânicos são 
completamente degradados. O2 é o aceptor final 
de elétrons. 
RESPIRAÇÃO CELULAR ANAERÓBIA: Compostos 
orgânicos são degradados e uma molécula 
diferente do O2 é o aceptor final de elétrons 
(carbonato, sulfato, nitrato, fumarato). Ex.: 
Pseudomonas e Bacillus podem utilizar nitrato 
(NO3-). Quantidade de ATP formada varia com 
microrganismo e via. 
 
RESPIRAÇÃO CELULAR ANAERÓBIA E AERÓBIA: 
RENDIMENTO 
Respiração anaeróbia < respiração aeróbia (ATP) 
Somente uma parte do ciclo de Krebs funciona sob 
anaerobiose; nem todos os transportadores 
participam da cadeia de transporte de elétrons na 
respiração anaeróbia. Portanto: anaeróbios 
tendem a se desenvolver mais lentamente. 
 
FERMENTAÇÃO: compostos orgânicos são 
parcialmente degradados; não requer O2, mas 
algumas vezes pode ocorrer sua presença; Produz 
pequenas quantidades de ATP – grande parte da 
energia original dos compostos catabolizados 
permanece ainda nas ligações químicas dos 
compostos orgânicos formados. 
PIRUVATO (quebra da glicose) é convertido em 
vários produtos finais, dependendo da espécie 
bacteriana. Segunda etapa da fermentação 
garante constante suplemento de NAD+ e NADP+ 
(reciclagem) para a glicólise podercontinuar. Na 
fermentação ATP é gerado somente durante a 
glicólise. 
Vários organismos podem fermentar vários 
substratos. O produto final depende do 
microrganismo, do substrato e das enzimas 
presentes e ativas. Análise química desses 
produtos finais são úteis na identificação dos 
microrganismos. 
 
PIRUVATO E TRANSFORMAÇÕES: 
STREPTOCOCCUS, LACTOBACILLUS geram ÁCIDO 
LÁCTICO. 
PROPIONBACTERIUM gera ÁCIDO PROPIÔNICO, 
ACÉTICO, CO2 E H2. 
CLOSTRIDIUM gera ÁCIDO BUTÍRICO, BUTANOL, 
ACETONA, ÁLCOOL ISOPROPÍLICO E CO2. 
ESCHERICHIA E SALMONELLA geram ETANOL, 
ÁCIDO LÁTIO, ACÉTICO, CO2 E H2. 
 
Organismos fermentativos ocorrem naturalmente 
em ambientes com fontes contínuas de nutrientes 
fermentáveis. Ex.: intestino grosso humano > 1011 
bactérias x g-1. 
Mesmo sendo a fermentação ineficiente 
(energeticamente), na presença de nutrientes 
fermentáveis ilimitados é possível produzir grande 
quantidade de ATP. 
 
METABOLISMO DA GLICOSE – RENDIMENTO 
RESP. AERÓBIA > RESP. ANAERÓBIA > 
FERMENTAÇÃO. 
 
CATABOLISMO DOS LIPÍDEOS: são necessárias 
lípases: ácidos graxos e glicerol. CICLO DE KREBS: 
oxidação de glicerol e ácidos graxos. 
LIPÍDEOS → (LIPASE) ÁCIDOS GRAXOS → B 
OXIDAÇÃO → ACETIL COA → CICLO DE KREBS 
OU: LIPÍDEOS → (LIPASE) GLICEROL → 
DIIDROXIACETONA FOSFATO → GLICERALDEIDO 3 
FOSFATO → GLICÓLISE → PIRUVATO → ACETIL 
COA → KREBS. 
 
CATABOLISMO DAS PROTEÍNAS: são necessárias 
proteases e peptidades. Antes dos aminoácidos 
serem catabolizados: são enzimaticamente 
convertidos por desaminação, descarboxilação e 
ou desidrogenação; produtos entram no ciclo de 
Krebs. 
Desenvolvimento bacteriano exige a 
polimerização de subunidades bioquímicas em: 
proteínas, ácidos nucléicos, polissacarídeos, 
lipídeos. Subunidades já devem estar formadas no 
meio ou são sintetizadas pelas células. 
 
BIOSSÍNTESE DE POLISSACARÍDEOS: 
 
BIOSSÍNTESE DE AMINOÁCIDOS E PROTEÍNAS: 
Alguns microrganismos possuem as enzimas 
necessárias para, a partir de materiais iniciais 
(como a glicose e sais inorgânicos), sintetizar 
todos os aminoácidos que necessitam (ex. E. coli). 
 
TRANSAMINAÇÃO: via pentose fosfato, acetil coA 
e via EPD sobrem transaminação ao se 
transformarem em aminoácidos: 
ÁCIDO GLUTÂMICO + ÁCIDO OXALOACÉTICO = 
ÁCIDO ALFA-CETOGLUTÁRICO + ÁCIDO 
ASPÁRTICO. 
 
Biossíntese das subunidades e das coenzimas 
pode ter sua origem a partir de um número 
relativamente pequeno de precursores, 
metabólitos focais. 
 
 
 
 
 
INTEGRAÇÃO DO METABOLISMO: reações 
anabólicas e catabólicas estão unidas através de 
um grupo de moléculas de intermediários 
comuns. 
A sequencia das subunidades em uma 
macromolécula é determinada por uma das duas 
formas: ácidos nucléicos e proteína: sequência 
dirigida por um molde: DNA 
Carboidratos e lipídeos: especificidade enzimática 
Depois das macromoléculas sintetizadas elas se 
reúnem para formar as estruturas 
supramoleculares: ribossomos, membranas, 
parede celular, flagelos.