Metabolismo microbiano

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BRENDA RODRIGUES MICROBIOLOGIA 3° SEMESTRE 
MM 
• O metabolismo consiste na acumulação e 
degradação de nutrientes dentro de uma célula 
o Essas reações químicas fornecem energia e geram 
substâncias que sustentam a vida 
 
Fonte de nutrientes 
Nutrientes Importância 
Carbono, oxigênio, 
nitrogênio, hidrogênio, 
fósforo e enxofre 
Formação de 
proteínas, 
carboidratos, lipídeos 
e ácidos nucleicos 
Potássio, cálcio, 
magnésio e ferro 
Cofatores enzimáticos 
e composição de 
organelas 
Zingo, manganês e 
cobalto 
Cofatores 
 
• As reações químicas podem ser divididas em 
duas classes: 
o Catabolismo: reações que fornecem a energia 
necessária para dirigir as reações anabólicas, 
através da molécula de ATP – são exergônicas 
[produz mais energia que consome] e 
hidroliticas [reações que utilizam água e nas 
quais ligações químicas são quebradas] 
▪ Quebra de compostos orgânicos complexos 
em compostos químicos simples 
 
o Anabolismo: reações que requerem energia – 
são endergônicas [consome mais do que 
produz] e envolve reações de síntese por 
desidratação [libera água] 
▪ Construção de moléculas orgânicas complexas 
a partir de moléculas mais simples 
 
Classificação dos organismos pela fonte de energia 
Todos os 
organismos
Fonte de 
energia
Química
Quimioautotróficos
Fonte de 
carbono
Compostos 
orgânicos
Quimioheterotróficos
Aceptor final 
de elétrons
O2
Todos os 
organismos, a 
maioria dos fungos, 
protozoários, 
bactérias
Sem 
O2
Composto 
orgânico 
Fermentativos; 
Streptococcus 
por exemplo
Composto 
inorgânico
Cadeia de 
elétrons; 
Clostridium 
por exemplo
Capazes de degradar 
compostos pré-formados
para assimilar os nutrientes
CO2
Quimioautotróficos
Bactérias 
oxidantes de 
hidrogênio, 
enxofre, 
ferro, 
nitrogênio e 
dióxido de 
carbono
Capazes de sintetizar 
nutrientes a partir de 
elementos primários
Luz
Fototróficos
Fonte de 
carbono
Compostos 
orgânicos
Fotoheterotróficos
Bactérias 
verdes não 
sulfurosas, 
bactérias 
púrpuras não 
sulfurosas
CO2
Fotoautotróficos
Utilizam H2O 
para reduzir 
CO2?
Sim
Fotossíntese 
oxigênica 
(plantas, algas, 
cianobactérias)
Não
Bactérias 
fotossintéticas 
anoxigênicas 
(bactérias 
verdes e 
púrpuras)
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• Para extrair a energia de compostos orgânicos e 
armazená-la em forma química, os organismos 
passam elétrons de um composto a outro através 
de reações de oxirredução 
 
o Oxidação: perda de elétrons 
▪ O número de oxidação do elemento aumenta 
[pois ele perde elétrons] 
 
o Redução: ganho de elétrons 
▪ O número de oxidação do elemento diminui 
[pois ele ganha elétrons] 
 
 
Fa
to
re
s 
fís
ic
os
 im
po
rt
an
te
s 
ao
 c
re
sc
im
en
to
 m
ic
ro
bi
an
o
Quanto às fontes de energia e de 
carbono
Fotoautotróficos Luz como fonte de energia e CO2 como fonte de carbono
Fotoorganotróficos
Luz como fonte de energia e 
compostos orgânicos como fonte de 
carbono
Quimiolitotróficos Compostos inorgânicos como fonte de energia e CO2 como fonte de carbono
Quimiorganotróficos Compostos orgânicos como fonte de energia e carbono
Quanto ao pH
Acidófilos Crescimento ótimo em pH < 7
Mesófilos Crescimento ótimo em pH em torno de 7
Alcalófilos Crescimento ótimo em pH > 7
Quanto à aeração
Aeróbicos Crescem apenas em presença de O2 livre
Anaeróbicos Crescem apenas na ausência de O2 livre
Microaeróbios Crescem sob baixa tensão de O2 livre
Anaeróbios facultativos São anaeróbios, porém crescem em condições aeróbias
Quanto à temperatura
Psicrófilos
Ótimo crescimento a 10°C, porém 
toleram temperaturas entre -10°C a 
20°C
Psicrotróficos
Ótimo crescimento a 20°C, porém 
toleram temperautras entre 0°C e 
30°C
Mesófilos Ótimo crescimento a 35°C, porém toleram entre 10°C a 45°C
Termófilos
Ótimo crecimento a 60°C, porém 
toleram temperaturas entre 40°C a 
70°C
Extremófilos Ótimo crescimento a 90°C, porém toleram entre 65°C a 110°C
Quanto à pressão osmótica
Hipotônicos
Devido a menor concentração de sais 
no meio, a bactéria absorve líquidos 
em excesso, tornando a célula túrgida
Isotônicos
A concentração de sais no meio está 
em equilíbrio com o do citoplasma 
bacteriano
Hipertônicos
Devido a maior concentração de sais 
no meio, a bactéria perde líquidos em 
excesso, ocorrendo plasmólise da 
célula
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Respiração celular 
 
RESPIRAÇÃO CELULAR 
Processo de geração de ATP, no qual moléculas são oxidadas e o aceptor 
final de elétrons é produzido fora da célula [quase sempre] e é uma 
molécula inorgânica 
 
Ácido pirúvico → Ciclo de Krebs → Oxidações e reduções → Transfere 
energia potencial em forma de elétrons → Coenzimas transportadoras 
[principalmente NAD] → Oxidação dos derivados do ácido pirúvico e 
redução das coenzimas → CTE [membrana interna mitocondrial em 
eucariontes; membrana plasmática em procariontes] → Gradual liberação 
de energia na passagem de elétrons → Geração quimiosmótica de ATP 
 
FERMENTAÇÃO 
Processo em que há liberação de energia a partir de açúcares ou outras 
moléculas orgânicas, sem precisar de oxigênio [mas pode ocorrer na sua 
presença], utilizando uma molécula orgânica sintetizada na célula como 
aceptor final de elétrons
Respiração 
celularAeróbica
Glicólise ou via 
Embden-
Meyerhof
Produ
z 2ATP
Significa 
quebra 
do açúcar 
A glicose [6C] é 
transformada em 
2 açúcares de 3C
Produção 
de ATP
Redução de 
NAD a 
NADH
Oxidação da 
glicose [4C] em 
ácido pirúvico [2]
O ácido pirúvico é convertido 
no primeiro reagente do Ciclo 
de Krebs
Acetil CoA
Ciclo de 
Krebs
Produção de 2 
ATP pela 
fosforilação a 
nível de substrato
Um P de alta energia de um 
intermediário do catabolismo é 
adicionado ao ATP
Redução dos 
carreadores de 
elétrons, NAD e 
FAD
Descarboxilação
Liberação 
de CO2 [4]
Os carreadores da glicólise 
e do ciclo de Krebs doam 
elétrons para a cadeia de 
transporte de elétrons 
Cadeia de 
transporte 
de elétrons
Os elétrons são 
transportados 
por aceptores 
(NAD e FADH2)
São transferidos, em cadeia, 
de citocromos nas cristais 
mitocondrias ou na 
membrana plasmática 
bacteriana
A energia dos elétrons é 
utilizada para produzir uma 
grande quantidade de ATP 
por fosforilação oxidativa
A energia é liberada à medida que 
os elétrons passam pelos aceptores 
e, por fim, a um composto 
inorgânico
O aceptor final de 
elétrons é uma 
molécula produzida 
fora da célula
Anaeróbica
Os microrganismos são capazes 
de utilizar outros aceptores 
finais de elétrons
Multiplicam-se 
na ausência de 
oxigênio
Fermentação
Libera energia a partir 
de alúcares ou outras 
moléculas orgânicas
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Processo de 
produção de 
energia 
Condições de 
crescimento 
Aceptor final de 
hidrogênio 
(elétrons) 
Tipo de 
fosforilação 
utilizada para 
gerar ATP 
Moléculas de ATP 
produzidas por molécula de 
glicose 
Respiração 
aeróbia [utiliza 
oxigênio] 
Aeróbia Oxigênio 
molecular (O2) 
A nível de 
substrato e 
oxidativa 
36 (eucariotos) 
38 (procariotos) 
Há menos ATP em 
eucariotos, uma vez que 
parte da energia é perdida 
quando os elétrons são 
expelidos pelas membranas 
mitocôndrias que separam 
a glicólise [citoplasma] da 
cadeia de transporte de 
elétrons 
Respiração 
anaeróbia [não 
utiliza oxigênio] 
Anaeróbia Geralmente uma 
substância 
inorgânica, mas 
não o oxigênio 
molecular 
[raramente é uma 
molécula 
orgânica]; nitrato, 
sulfato, carbonato 
A nível de 
substrato e 
oxidativa 
Variável (menos de 38, 
porém mais de 2) 
Acumula produtos 
finais no meio, 
como o nitrito, o 
H2S e o metano 
O rendimento nunca é tão 
alto quanto na resp. aeróbia, 
já que nem todos os 
carreadores da CTE 
participam da resp. 
anaeróbia - ↓ crescimento 
Fermentação Aerobiose ou 
anaerobiose 
Uma molécula 
orgânica 
A nível de 
substrato 
2 
Consome grandes 
quantidades do substrato 
Fermentação lática Fermentação alcóolica 
Realizada por bactérias,como o Streptococcus e 
Lactobacillus [microrganismos 
homoláticos/homofermentativos], podendo 
resultar na deterioração de alimentos, contudo, 
também pode produzir iogurte, chucrute e picles 
Realizada por 
bactérias e 
leveduras 
O etanol e CO2 produzido pela 
levedura Saccharomyces são 
resíduos para células de leveduras 
[também úteis para humanos]; o 
etanol produzido por leveduras é o 
álcool das bebidas alcóolicas, e o 
CO2 causa o crescimento do pão 
As duas moléculas de ácido pirúvico [gerada na 
glicólise] são reduzidas por 2 NADH, formando 2 
moléculas de ácido lático [produto final da reação] 
As duas moléculas de ácido pirúvico [gerada na 
glicólise] são convertidas em 2 moléculas de 
acetaldeído e duas de CO2 
O ácido lático não sofre mais oxidação, e é onde a 
maior parte da energia é armazenada 
As 2 moléculas de acetaldeído são reduzidas por 2 
NADH, formando 2 moléculas de etanol 
Produz uma quantidade pequena de energia É um processo de baixo rendimento energético, já 
que a maioria da energia contida na molécula 
inicial da glicose permanece no etanol [produto 
final] 
 
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FOTOSSÍNTESE 
É um processo realizada por plantas e muitos microrganismos para sintetizar compostos orgânicos 
complexos a partir de substâncias inorgânicas simples; sendo assim, é a conversão da energia luminosa do 
sol em energia química que, posteriormente, será utilizada para converter o CO2 da atmosfera em compostos 
de carbono mais reduzidos, como açúcares [processo também chamado de fixação do carbono] 
 
Fotofosforilação [reação dependente de luz] Ciclo de Calvin-
Benson [reação 
independente de luz] 
Via de produção de ATP que ocorre em células fotossintéticas Incluem uma via 
cíclica no qual o CO2 é 
fixado [utilizado na 
síntese de açúcares] 
A energia luminosa é absorvida por moléculas de clorofila na célula fotossintética, 
excitando elétrons que irão passar da clorofila para uma série de moléculas 
carreadoras em uma CTE; posteriormente, prótons são bombeados pela 
membrana, e o ADP é convertido em ATP por quimiosmose 
Fotofosforilação 
cíclica 
Fotofosforilação acíclica 
Os elétrons 
retornam para a 
clorofila 
Os elétrons são utilizados para reduzir NADP+ 
Os elétrons do H2O 
ou do H2S substituem 
os que são perdidos 
na clorofila 
Quando o H2O é oxidado por plantas 
verdes, algas e cianobactérias, O2 é 
produzido 
Quando o H2O é oxidado por bactérias 
sulfurosas, grânulos de S 
0
são 
produzidos 
Vias 
metabólicas 
de uso de 
energia
Biossíntese de 
polissacarídeos
Síntese de 
açúcares 
simples e 
incorporação em 
polissacarídeos 
mais complexos
Síntese de 
glicogênio a 
partir da 
glicose 
[fosforilação 
→ glicose-6-
fosfato →
adição de ATP 
(ou uridina-
trifosfato 
[UTP] em 
animais →
adenosina-
difosfoglicose 
[ADGP] →
glicogênio
Biossíntese 
de 
aminoácidos 
e proteínas
Síntese de 
aminoácidos a 
partir de 
intermediários 
do 
metabolismo 
de 
carboidratos
Alguns 
microrganismos 
requerem o 
fornecimento de 
aminoácidos 
pré-formados
Aminação
[adição de 
amina ao 
ácido pirúvico 
ou um ácido 
orgânico 
apropriado ao 
ciclo de 
Krebs]
Conversão de 
ácido em 
aminoácido
Transaminação
O grupo 
amina é 
oriundo de 
um 
aminoácido 
pré-existente
Biossíntese 
de purinas e 
pirimidinas
Os açúcares 
que 
compõem os 
nucleotídeos 
são derivados 
da via da 
pentose-
fosfato e da 
via de Entner-
Doudoroff
O ácido 
aspártico, a 
glicina e a 
glutamina 
são feitos de 
intermediário
s produzidos 
na Glicólise e 
no Ciclo de 
Krebs
Os átomos de 
C e N 
derivados 
desses 
aminoácidos 
formam os 
anéis de 
purina e 
pirimidina
Biossíntese 
de lipídeos
Ligação de 
glicerol 
[derivado da 
hidroxiaceton
a-fosfato na 
glicólise] a 
ácidos graxos 
[formados na 
adição de 2C 
da acetil-
CoA]
Ligação por 
reações de 
síntese por 
desidratação
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TEORIA DA COLISÃO 
• As reações químicas ocorrem quando ligações 
químicas são fornecidas ou quebradas; para as 
reações ocorrerem, átomos, íons ou moléculas 
devem colidir 
 
Todos os átomos, íons e moléculas estão 
constantemente se movendo e colidindo uns com 
os outros. A energia transferida pelas partículas 
na colisão pode romper suas estruturas 
eletrônicas o suficiente para quebrar as ligações 
químicas ou formar novas ligações. 
 
o Vários fatores irão determinar se uma colisão 
causará uma reação química; a velocidade das 
partículas na colisão, sua energia e suas 
configurações químicas 
 
ENZIMAS 
• São holoenzimas, consistindo em uma porção 
proteica [apoenzima] e uma porção não proteica 
[cofator], que pode ser um íon metálico (ferro, 
cobre, magnésio, manganês, zinco, cálcio ou 
cobalto) ou uma coenzima (NAD+, NADP+, FMN, 
FAD ou coenzima A), e estão envolvidas nas 
reações metabólicas 
 
• São capazes de acelerar uma reação química 
sem que ela seja alterada – por isso são 
catalisadoras biológicas 
 
Vias alternativas 
à glicose
Via das pentoses-fosfato
Fornece um meio 
para a quebra de 
pentoses, 
produzindo 
pentoses 
intermediárias 
essenciais
Produtora da 
coenzima 
reduzida NADPH 
a partir de NADP
Uso
Síntese de de 
ácidos nucleicos
Na glicose a 
partir de CO2 na 
fotossíntese
Alguns 
aminoácidos
Produz 1 ATP para 
cada glicose 
oxidada
Bacillus subtilis, 
E.coli, Leuconostoc 
mesenteroides, 
Enterococcus 
faecalis
Via de Entner-Doudoroff
A partir de 1 
molécula de 
glicose, produz 2 
NADPH e 1 ATP
As bactérias que tem as 
enzimas pra essa via 
podem metabolizar 
glicose sem a glicólise 
ou a via das pentose-
fosfato
Encontrada em 
algumas gram-
negativas, como 
a Rhizobium, 
Pseudomonas e
Agrobacterium
Carboidratos
Glicose
Via de Entner-Doudoroff -
Via Opcional
2 ácido pirúvico
1ATP + 2NADH
Via de Embden-Meyerhof -
Via preferencial
2 ácido pirúvico
2ATP + 2NADH
Pentoses
Via da pentose-fosfato -
Via complementar
1 frutose-6-p
Também usado na glicose
-1ATP + 2NADH
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• Atuam em substâncias específicas, os substratos 
da enzima, e cada enzima catalisa apenas uma 
reação 
o A forma tridimensional dos aminoacidos específicos 
do sitio ativo se encaixa no substrato de uma maneira 
parecida com uma ‘’fechadura’’ que se encaixa 
 
CLASSIFICAÇÃO DAS ENZIMAS BASEADA NO TIPO DE REAÇÃO 
QUÍMICA CATALISADA 
Classe Tipo de reação Exemplos 
Oxidorredutase Oxirredução, na 
qual o oxigênio 
e o hidrogênio 
são adquiridos 
ou perdidos – 
estão sempre 
acopladas; 
cada vez que 
uma substância 
é oxidada, outra 
é reduzida 
Citocromo 
oxidase, lactato 
desidrogenase 
Oxidação Remoção de um ou mais 
elétrons de um substrato; 
ex: NAD+ 
Redução Ganho de um ou mais 
elétrons; ex: NADH 
Transferase Transferência 
de grupos 
funcionais, 
como um grupo 
amino, acetil ou 
fosfato 
Acetato-cinase, 
alanina 
deaminase 
Hidrolase Hidrólise 
[adição de 
água] 
Lipase, 
sacarase 
Liase Remoção de 
grupos de 
átomos sem 
hidrolise 
Oxalato 
descarboxilase, 
isocitrato liase 
Isomerase Rearranjo de 
átomos dentro 
de uma 
molécula 
Glicose fosfato 
isomerase, 
alanina 
racemase 
Ligase União de duas 
moléculas 
utilizando a 
energia 
geralmente 
derivada da 
quebra de ATP 
Acetil-CoA 
sintase, DNA-
ligase 
Coagulase Converte o fibrinogênio em fibrina; 
a formação de coágulos impede 
que a bactéria sofra da fagocitose 
Catalase Transforma o peróxido de H em O2 
+ H2O 
Hialuronidase Hidrolisa o ácido hialurônico no 
tecido conjuntivo 
Fibrinolisina Enzima que dissolve o coagulo de 
fibrina, quando ocorre uma 
coagulação 
Lipases Hidrolisa lipídeos 
Nucleases Hidrolisa DNA 
Penicilinase Hidrolisa o anel betalactâmico da 
penicilina 
 
MECANISMO DE AÇÃO ENZIMÁTICO 
i. A superfície do substrato entra em contato com o 
sítio ativo [região especifica da superfície da 
molécula enzimática] 
 
ii. Forma-se o complexo enzima-substrato; a 
enzima orienta o substrato rumo auma posição 
que aumente a probabilidade de ocorrer a 
reação, permitindo que as colisões sejam mais 
efetivas 
 
iii. A molécula de substrato é transformada pelo 
rearranjo dos átomos existentes, pela quebra da 
molécula de substrato ou pela combinação com 
outra moléc. de substrato 
 
iv. Os produtos da reação – moléculas de substrato 
transformadas – são liberados da molécula 
enzimática, uma vez que não se encaixam em 
mais nenhum sitio ativo 
 
v. A enzima inalterada encontra-se livre para reagir 
com outras moléculas do substrato 
 
FATORES QUE INFLUENCIAM A ATIVIDADE ENZIMÁTICA 
• Temperatura; em altas temperaturas, as enzimas 
sofrem desnaturação, perdendo suas 
propriedades catalíticas; em baixas 
temperaturas, a velocidade da reação diminui 
 
• pH: o pH na qual a atividade enzimática é 
máxima é conhecido como pH ótimo 
 
• Substrato: à medida que a concentração do 
substrato se eleva, a atividade enzimática 
aumenta, até que as enzimas fiquem saturadas 
o Inibidores competitivos: competem com o 
substrato normal pelo sítio ativo da enzima 
 
o Inibidores não-competitivos: atuam em outra 
parte da apoenzima ou cofator, diminuindo a 
capacidade da enzima de se combinar com o 
substrato normal
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