Metabolismo microbico Introduzione generale

Metabolismo microbico

Introduzione generale

Fonte di Energia

Fonte di Carbonio

C inorganico (CO2)

AUTOTROFI

C organico ETEROTROFI

Fonte di Energia e Carbonio combinati

CHEMIOLITOTROFIETEROTROFI

AUTOTROFI

ETEROTROFICHEMIORGANOTROFI

AUTOTROFI(in alcuni casi

anche eterotrofi)

FOTOTROFI

Fonte di Azoto

Azoto atmosferico (N2)

NON ESIGENTI

Composti inorganici dell’Azoto SEMI-ESIGENTI

Composti organici dell’Azoto(aa, basi azotate, ...)

ESIGENTI

METABOLISMO = trasformazione, mutamento

METABOLISMO MICROBICO (cellulare)

- dirige reazioni chimiche

- organizza crescita

Ciò è reso possibile da centinaia di enzimi diversi e pochi ma

essenziali cofattori

- reazioni cataboliche o catabolismo (cata- = giù, sotto): demolizione

- reazioni anaboliche o anabolismo (ana- = su, sopra): costruzione, sintesi

/ potere riducente

+ lavoro

Accoppiamento energetico

Legame ad alta energia: indica non tanto il contenuto assoluto di E ma

quanto il D tra tale valore e quello dei prodotti d’idrolisi (finemente

regolata!), cioè E liberata

glucosio

reazioni energetiche

Precursorimetabolici

Potere riducente

biosintesi

acidi grassi

zuccheri

aminoacidi

nucleotidi

polimerizzaz

lipidi

mureina

proteine

glicogeno

montaggio

Principali differenze tra microrganismi e organismi superiori?

In comune troviamo senz’altro molecole chiave:

“la vita non viene guidata da nient’altro se non dagli elettroni,

ovvero dall’energia sprigionata da questi elettroni durante la loro

caduta da un alto livello energetico al quale sono stati spinti dai

fotoni*” (Albert Saint-Gyorgyi)

*concetto poi oggi più esteso

“OSSIDAZIONE = rimozione di elettroni o sottrazione di

atomi di idrogeno”

ossidazione = deidrogenazione

H = H + + e-

Ossidazione/riduzione

Elettroni non possono rimanere liberi.

Quale accettore?

AH2 + B A + BH2

il composto ridotto AH2 si ossida e diventa A mentre la molecola ossidata B si riduce e diventa BH2

CHOH + NAD+

C = O + NADH2

acido lattico

acido piruvico

nei sistemi biologici il trasferimento di elettroni avviene spesso come trasferimento di atomi di idrogeno

(ossidazioni = deidrogenazioni= trasferimento di atomi di idrogeno)

TRASPORTATORI DI ELETTRONI

CITOPLASMATICI = NAD e FAD (nucleotidi piridinici)

localizzati sulla MEMBRANA = citocromi della catena di trasporto degli elettroni

CATENA DI TRASPORTO DEGLI ELETTRONI

• localizzati nella membrana in ORDINE DI POTENZIALE

• alcuni si riducono accettando atomi di idrogeno e si ossidano cedendo elettroni. Ne consegue l’estrusione di protoni all’esterno.

H= 1 prot (H+) + 1 e-

durante il trasporto di elettroni nella catena di trasporto si genera un accumulo di protoni sul lato esterno della membrana. Quando i protoni rientrano nella cellula attraverso l’ATPasi si genera ATP per FOSFORILAZIONE OSSIDATIVA

NAD, NADP e FAD “accettori temporanei”

NAD, NADP, FAD

“coenzimi trasportatori di idrogeno”

riduzione

NADH, NADPH, FADH

potere riducente sotto forma di coenzimi ridotti

possono trasferire idrogeno / elettroni a un

“accettore finale”

GENERAZIONE DI ATP

SUBSTRATO OSSIDABILE

(donatore di e-)

NADH(NADPH)

ACCETTORE

Generazione di ATP

METABOLISMO

(reazioni cataboliche)

1.SOSTANZEORGANICHE

(zuccheri, aa,acidiorganici)

COMPOSTO ORGANICO

FOSFORILAZ ALIVELLO DELSUBSTRATO

FERMENTAZIONE Chemiorga-notrofianaer o facoltativi

2.SOSTANZE

ORGANICHEsi O2

FOSFORILAZOSSIDATIVA

RESPIRAZIONEAEROBICA

Chemiorga-notrofiaerobi o anaerobi facoltativi

3. COMPOSTIINORGANICI (H2,H2S, S, NH3, FE2+)

si O2FOSFORILAZOSSIDATIVA

*Chemiolito-trofiaerobi(autotrofi)

a) sost organica

b)*sostinorganica

si NO3-

RESP. ANAEROBICA(es)

Denitrificazione

Desulfuricazione

Metanogenesi

Denitrifican-ti

Desulfurica-nti

Metanogeni

a) H2, S, H2S

b) H2O

si(NADPH)

FOTOFOSFORILAZ

FOTOSINTESIANOSSIGENICA

FOTOSINTESIOSSIGENICA

Fotoauto-

trofi anaere aerobi

Fotoautotraerobi, aerobi facoltat

(donatore di e-)

NADH(NADPH)

ACCETTORE DI e-

Generazione di ATP

METABOLISMO

1.SOSTORGANICHE

(zuccheri,aa,acidiorganici)

COMPOSTO ORGANICO

FERMENTAZIONE Chemiorganotrofianox ofacoltativi

2.SOSTORGANICHE

Chemiorganotrofiaer oanaerobifacoltativi

Chemiolitotrofiaerobi(autotrofi)

a)sost organica

b)sost inorganica

RESP.ANAEROBICA

Denitrificazione

Desulfuricazione

Metanogenesi

Denitrificanti

Desulfuricanti

Metanogeni

a)H2, S, H2S

b) H2O

FOTOFOSFORILAZ

Fotoautotrofi anaer eaerobi

Fotoautotraerobi,aerobifacoltat

(donatore di e-)

NADH(NADPH)

ACCETTORE DI e-

Generazione di ATP

METABOLISMO

1.SOSTORGANICHE

COMPOSTO ORGANICO

2.SOSTORGANICHE

a)sost organica

b)sost inorganica

RESP.ANAEROBICA

Denitrificazione

Desulfuricazione

Metanogenesi

Denitrificanti

Desulfuricanti

Metanogeni

a)H2, S, H2S

b) H2O

FOTOFOSFORILAZ

(donatore di e-)

NADH(NADPH)

ACCETTORE DI e-

Generazione di ATP

METABOLISMO

1.SOSTORGANICHE

COMPOSTO ORGANICO

2.SOSTORGANICHE

a)sost organica

b)sost inorganica

RESP.ANAEROBICA

Denitrificazione

Desulfuricazione

Metanogenesi

Denitrificanti

Desulfuricanti

Metanogeni

a)H2, S, H2S

b) H2O

FOTOFOSFORILAZ

(donatore di e-)

NADH(NADPH)

ACCETTORE DI e-

Generazione di ATP

METABOLISMO

1.SOSTORGANICHE

COMPOSTO ORGANICO

2.SOSTORGANICHE

a)sost organica

b)sost inorganica

RESP.ANAEROBICA

Denitrificazione

Desulfuricazione

Metanogenesi

Denitrificanti

Desulfuricanti

Metanogeni

a)H2, S, H2S

b) H2O

FOTOFOSFORILAZ

Fotoautotraerobi,aerobi

(donatore di e-)

NADH(NADPH)

ACCETTORE DI e-

Generazione di ATP

METABOLISMO

1.SOSTORGANICHE

COMPOSTO ORGANICO

2.SOSTORGANICHE

a)sost organica

b)sost inorganica

RESP.ANAEROBICA

Denitrificazione

Desulfuricazione

Metanogenesi

Denitrificanti

Desulfuricanti

Metanogeni

a)H2, S, H2S

b) H2O

si(NADPH)

FOTOFOSFORILAZ

MOLECOLA CHE SI OSSIDA = DONATORE DI ELETTRONI = FONTE DI ENERGIA per la cellula

la tendenza di una molecola a cedere elettroni è misurata dal suo POTENZIALE DI RIDUZIONE

quanto più è NEGATIVO tanto maggiore è la tendenza a dare e-; quanto più è positivo tanto maggiore è la tendenza ad acquisire e-

gli e- tendono a spostarsi da una molecola a potenziale negativo verso quella a potenziale più positivo;

la differenza di potenziale tra il donatore e l’accettore di elettroni è proporzionale alla quantità di energia rilasciata

La torre degli elettroni

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