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8/6/2019 08. metabolismo
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Metabolismo MicrobianoMetabolismo Microbiano
Produo de energia e biossnteseProduo de energia e biossntese
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IntroduoIntroduo
Metabolismo:Metabolismo:
grego:grego: metabolemetabole = mudana, transformao= mudana, transformao
Toda a atividade qumica realizada pelos organismosToda a atividade qumica realizada pelos organismos
So de dois tipos gerais:So de dois tipos gerais:
-- Aquelas que envolvem a liberao de energia: CATABOLISMOAquelas que envolvem a liberao de energia: CATABOLISMO
-- Aquelas envolvidas na utilizao da energia: ANABOLISMOAquelas envolvidas na utilizao da energia: ANABOLISMO
Muitos dos mecanismos metablicos microbianos so tambmMuitos dos mecanismos metablicos microbianos so tambm
utilizados pelos macro organismos, inclusive o homem.utilizados pelos macro organismos, inclusive o homem.
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Produo de energia
Requerimentos de energia:Requerimentos de energia:
Sntese dos componentes celulares: parede, membrana, etc.Sntese dos componentes celulares: parede, membrana, etc.
sntese de enzimas, cidos nuclicos, polissacardeos, etc.sntese de enzimas, cidos nuclicos, polissacardeos, etc.
reparos e manuteno da clulareparos e manuteno da clula
crescimento e multiplicaocrescimento e multiplicao
acumulao de nutrientes e excreo de produtos indesejveisacumulao de nutrientes e excreo de produtos indesejveis
motilidademotilidade
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Fontes de energiaFontes de energia
Para aPara a maioriamaioria dos microrganismos a energia dos microrganismos a energia retirada de molculas qumicas (nutrientes)retirada de molculas qumicas (nutrientes)
Para outros a energia proveniente da luz.Para outros a energia proveniente da luz.
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Quimiotrficos(utilizam substncias qumicas
como fonte de energia)
QuimiolitotrficosEx.: Amnia
QuimiorganotrficosEx.: Glicose
Nitrosomonaseuropaea:Nitrosomonaseuropaea:AmniaAmnia nitrito+ energianitrito+ energia
Streptococcuslactis:Streptococcuslactis:
glicoseglicose cido ltico+ energiacido ltico+ energia
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AnabaenacylindricaAnabaenacylindrica (cianobactria)(cianobactria)
LuzLuz energiaenergia
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Compostos que armazenam energia
Mais importante nos seresvivos
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Fluxo da energia
A concentrao de ATP naclula baixa.
Numa clula em plenaatividade chega a 2 mM
Em motores a exploso ou em turbinas o
rendimento oscila em torno de 30%.
At 45%
Fosforilao
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Produo de ATP pelos microrganismosProduo de ATP pelos microrganismos
Mecanismos:
a. Fosforilao em nvel de substratoa. Fosforilao em nvel de substrato::O grupo fosfato de um composto qumico removido eO grupo fosfato de um composto qumico removido e
adicionado diretamente ao ADPadicionado diretamente ao ADP
b. Fosforilao oxidativab. Fosforilao oxidativa
c. Fotofosforilaoc. Fotofosforilao
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O grupo fosfato adicionado aalgum intermedirio tornando-se dealta energia que pode sertransferido ao ADP.
Reaes OXI-RED internamentebalanceadas: alguns tomos dosubstrato tornam-se mais reduzidos,enquanto outros mais oxidados
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Fosforilao em nvel de substratoFosforilao em nvel de substrato
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A energia liberada pela oxidao de compostos qumicos utilizada na sntese deA energia liberada pela oxidao de compostos qumicos utilizada na sntese de
ATPATP
Oxidao: perda de eltrons (ou tambm perda de H)
Hp H+ + e-
COOH-CH2-CH2-COOHp COOH-CH=CH-COOH + 2H
(cido succnico)
A Fosforilao oxidativa envolve uma cadeia de transporte de eltrons(srie de reaes integradas)
energia liberada aos poucos e mais eficientemente (at 45 %)
b. Fosforilao oxidativab. Fosforilao oxidativa
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Peter Mitchell, 1978-Prmio Nobel
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Fosforilao oxidativa
Sistema O/R: prximo membro do sistema tem maior capacidade para
receber eltrons
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3.Fotofosforilao:
O NADPH utilizado para reduzir o CO2 no processo de fixao do CO2
A energia da luz utilizada para a sntese de ATPA energia da luz utilizada para a sntese de ATP
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Vias de degradao de nutrientes paraVias de degradao de nutrientes para
produo energiaproduo energia
Microrganismos que obtm energia de nutrientes orgnicos (Quimiotrficos)
devem inicialmente decompor os nutrientes em compostos que possam serutilizados para a produo de energia.
Isso feito por meio de uma srie de reaes qumicas catalisadas por
enzimas: catabolismo
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Vias de degradao de nutrientes para produo de energiaVias de degradao de nutrientes para produo de energia
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Carreadores de eltrons
Numa reao de oxidao-reduo, a transferncia de eltrons
normalmente requer a participao de intermedirios,denominados carreadores.
Classes:
- Que se difundem livremente: NAD+, NADP+
- Associados membrana:
Flavoprotenas FMN/FAD
Protenas com Fe e S
Quinonas
NAD+ + 2 e- + 2 H+ NADH + H
bom doador
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Vias de degradao de nutrientes paraVias de degradao de nutrientes paraproduo energiaproduo energia
Vias catablicasVias catablicas
-- regenerao do NADregenerao do NAD++
(as clulas possuem uma quantidade limitada de NAD)
1. Fermentao:1. Fermentao:O NAD regenerado utilizando um aceptor produzido pelaO NAD regenerado utilizando um aceptor produzido pelaprpria clulaprpria clula
2.2. Respirao aerbiaRespirao aerbia3.3. Respirao anaerbiaRespirao anaerbia
Todas as vias tambm fornecem precursores para a biossnteseTodas as vias tambm fornecem precursores para a biossntese
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Gliclise
quantidadelimitada naclula
Lactobacilos
Leveduras
Enterobactrias
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Sntese da FermentaoSntese da Fermentao
ausncia de aceptores externos de eltronsausncia de aceptores externos de eltrons
reaes de oxidao e reduo de um composto orgnicoreaes de oxidao e reduo de um composto orgnico
balanceadas internamentebalanceadas internamente
fosforilao em nvel de substratofosforilao em nvel de substrato
Pouca eficincia na produo de de energia:Pouca eficincia na produo de de energia:
(2 ATP/mol de glicose)(2 ATP/mol de glicose)
Maior parte da energia retida no produto final:Maior parte da energia retida no produto final:
O lcool tem alto teor energticoO lcool tem alto teor energtico
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Vias catablicasVias catablicas regenerao do NADregenerao do NAD++
1. Fermentao
2.2. Respirao aerbia:Respirao aerbia:-- O NADH doa eltrons para o sistema de transporte de eltronsO NADH doa eltrons para o sistema de transporte de eltronspara regenerar o NAD.para regenerar o NAD.-- O aceptor final de eltrons oO aceptor final de eltrons o oxigniooxignio
-- Resulta tambm na gerao da fora protomotiva e produo deResulta tambm na gerao da fora protomotiva e produo demais ATPmais ATP
3. Respirao anaerbia
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O ciclo de Krebs(ciclo do cido ctrico)
A degradao da glicose pororganismos aerbiosnormalmente no para com aproduo do cido prvico.
Cada molcula de NADHpode doar eltrons para osistema de transporte paragerao da foraprotomotiva e produo de
ATP.
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Fosforilao oxidativa
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Sntese da Respirao aerbiaSntese da Respirao aerbia
reaes de oxidao e reduo em presena de umreaes de oxidao e reduo em presena de umaceptor de eltrons externoaceptor de eltrons externo
A molcula inteira do substrato oxidadaA molcula inteira do substrato oxidada alto potencial de energiaalto potencial de energia
grande quantidade de ATP gerada: 38 ATPsgrande quantidade de ATP gerada: 38 ATPs
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Nenhum desses aceptores so
eletro positivos quanto o O2/H2O.
Assim, menos energia liberada.
Em contrapartida, o uso desses
aceptores alternativos permitemos microrganismos respirarem na
ausncia de O2, com grande
importncia ecolgica.
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Utilizao da energiaUtilizao da energia
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Generalidades sobre as vias biossintticas:Generalidades sobre as vias biossintticas:
1)1) As vias comeam com a sntese das unidadesAs vias comeam com a sntese das unidades
estruturais simplesestruturais simples2)2) As unidades estruturais so ativadas com a energiaAs unidades estruturais so ativadas com a energia
de molculas como ode molculas como o ATP, GTP, NADH, NADPHATP, GTP, NADH, NADPH
3)3) As unidades estruturais so unidas para formarAs unidades estruturais so unidas para formar
substncias complexas da clula.substncias complexas da clula.
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Fornecimento de precursores de aminocidos
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BiossnteseBiossntese
PolmerosPolmeros
Polissacardeos (ex: peptideglicano) soPolissacardeos (ex: peptideglicano) sosintetizados a partir de hexoses como osintetizados a partir de hexoses como oUDP
UDP--
Glicose
Glicose
A ativao do monossacardeo utilizaA ativao do monossacardeo utilizaenergia do ATP e UTPenergia do ATP e UTP (uridina trifosfato)
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cidos nuclicoscidos nuclicos
ATP
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AminocidosAminocidos
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cidos graxoscidos graxos
Para biossntese de lipdeosPara biossntese de lipdeos
Energiafornecida peloNADPH
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