METABOLISMO CELULAR E

CAPTAÇÃO DE ENERGIA

Os microrganismos são capazes de efetuar grande quantidade de reações bioquímicas que se manifestam através de:

- produção de biomassa;- produção de substâncias orgânicas;- transformação de substâncias orgânicas.

METABOLISMO: conjunto de todas as funções ou reações que ocorrem nas células.

Estas reações são responsáveis pelos processos de síntese e degradação dos nutrientes na célula, permitem o crescimento e reprodução das células, mantendo as suas estruturas e adequando respostas aos seus ambientes.

As reações químicas do metabolismo estão organizadas em vias metabólicas, que são sequências de reações em que o produto de uma reação é utilizado como reagente na reação seguinte.

ANABOLISMO: fase construtiva do metabolismo, através

destas reações que a célula produz ou obtém alimento. Estas

reações são endotérmicas (necessitam de energia).

Ex: fotossíntese, quimiossíntese e síntese protéica

CATABOLISMO: fase degradativa ou oxidativa do

metabolismo, através destas reações a célula “quebra” as

substâncias orgânicas obtidas pelo anabolismo para produzir

ou liberar energia. Estas reações são

Ex: respiração celular e fermentação

Nos processos de degradação pode ocorrer:

- degradação completa: toda a energia é usada no

crescimento.

- degradação incompleta: além da energia, haverá

formação de metabólitos primários.

Metabólitos secundários: substâncias cujo

aparecimento ou acúmulo está ligado a um desenvolvimento

limitado ou perturbado, às vezes artificialmente, ou por

substâncias muito específicas.

Os MO necessitam de energia que pode ser fornecida:

- luz fototróficos

- oxidação compostos orgânicos quimiotróficos

Os MO também podem ser classificados em:

- autotróficos: utilizam CO2 como fonte de C

- heterotróficos: utilizam compostos orgânicos como fonte

de C.

MICRORGANISMOS FOTOTRÓFICOS

As plantas, algas verdes, cianofíceas e algumas espécies

de bactérias utilizam a fotossíntese para obter energia através

de fotossíntese.

Fotossíntese duas etapas:

1) fotofosforilação que leva à formação de ATP;

2) síntese de compostos orgânicos.

Algas, cianobactérias e plantas: substância doadora de elétrons

(H2O) e liberação de O2.

Bactérias: o doador de prótons são substâncias minerais

(organismos fotoautotróficos) ou compostos orgânicos

(organismos fotoeterotróficos).

MICRORGANISMOS QUIMIOTRÓFICOS

A maioria dos organismos não consegue efetuar

fotossíntese. As reações de oxidação podem ser:

1) perda de elétrons:

Fe++ Fe+++ + e + energia

2) desidrogenação:

R-CH2OH R-CHO + 2H+ + 2e + energia

3) hidratação-desidrogenação:R-CHO + H2O R-COOH + 2H+ + 2e + energia

4) descarboxilação-desidrogenação:

R-CO-COOH + H2O R-COOH + CO2 + 2H+ + 2e + energia

RESPIRAÇÃO AERÓBIA

O aceptor final de elétrons é o oxigênio. Existe vários

mecanismos de respiração aeróbia:

- via indireta dos citocromos – H2O

- via direta dos citocromos - H2O

- oxidação direta – H2O2 (catalase)

RESPIRAÇÃO ANAERÓBIAO aceptor final de hidrogênio é uma substância mineral

oxidada.Muitos MO são capazes de oxidar completamente a

glicose na ausência de ar, mas também deve conter nitratos, sulfatos ou CO2.

FERMENTAÇÃO

Compostos orgânicos servem como doadores e

receptores de elétrons. Existem vários tipos de fermentação:

– Fermentação homolática: produção de ácido lático;

– Fermentação alcoólica: produção de álcool;

– Fermentação mista: produção de álcool, ácido e gás.

– Fermentação butileno-glicólica: produção do butileno glicol.

INCIDÊNCIA ENERGÉTICA DE AEROBIOSE E ANAEROBIOSE

Metabolismo respiratório = degradação completa do substrato

Fermentação = degradação incompleta

Oxigênio = único aceptor final de e- que a redução seja exotérmica.

Outros aceptores = endotérmica

A natureza da via utilizada definirá o rendimento

energético.

Respiração aeróbica:

C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O + 668000 cal

Respiração anaeróbica:

C6H12O6 + 12 HNO3 6CO2 + 6H2O + 12 KNO2 + 429000 cal

Fermentação alcoólica:

C6H12O6 6CO2 + 2C2H5OH + 54000 cal

VIAS DE DEGRADAÇÃO DE NUTRIENTES

PROTEÍNAS AMINOÁCIDOS

GORDURAS

GLICEROL

ÁCIDOS GRAXOS

POLISSACARÍDEOS MONOSSACARÍDEOS

- Os MO conseguem degradar vários compostos para

obter energia e produzir compostos de seu interesse;

- As “moléculas grandes” são quebradas por exoenzimas

e conseguem penetrar na membrana celular;

- A transformação de diversas substâncias orgânicas

conduz à formação de glicose que é o ponto de partida das

principais vias do catabolismo celular.

Glicólise

quantidade limitada na célula

Lactobacilos

Leveduras

Enterobactérias

RESPIRAÇÃO

É o processo de regeneração do NAD utilizando o

NADH2 como doador de elétrons para um sistema de

transporte de elétrons.

Respiração aeróbica – o aceptor final de elétrons é o

oxigênio 38 moléculas de ATP

Respiração anaeróbica - o aceptor final de

hidrogênio é uma substância mineral oxidada. Deve conter

nitratos, sulfatos ou CO2 2 moléculas de ATP

REGENERAÇÃO DO NAD

FERMENTAÇÃO

A fermentação independe do oxigênio e o NADH2

que é produzido pela glicólise (ou outra via) é utilizado

para reduzir um aceptor orgânico de elétrons produzido

pela própria célula.

Método pouco eficiente na produção de energia.

FERMENTAÇÃO ALCÓOLICA

Muito difundida nas leveduras:

Saccharomyces cerevisiae, Kluyveromyces, etc.

Algumas bactérias também realizam:

Zymomonas mobilis.

Etanol, glicerol, ácido acético, CO2

FERMENTAÇÃO HOMOLÁCTICA

- Ácido lático é o produto essencial;

- Streptococcus, Pediococcus, Microbacterium,

Lactobacillus, alguns Bacillus e alguns mofos;

Rhizopus oryzyae = em aerobiose produz

ácido lático e CO2 e em anaerobiose produz ácido lático,

etanol e CO2.

degradação de glicose glicólise

- aerobiose:

- anaerobiose:

2 CH3COCOOH + H2O CH3CHOHCOOH + CO2 + CO2(CH3CO)

forma etanol e ácido lático a partir de piruvato

FERMENTAÇÃO ÁCIDA MISTA E BUTILENOGLICÓLICA

Ácida mista

- Escherichia, Salmonella, Proteus, Shigela;

- produção de etanol e vários ácidos orgânicos:

ác. Lático, ác. Acético, ác. Succínico e ác. Fórmico.

Butilenoglicólica

- Enterobacter, Klebsiella, Serratia, Aeromonas,

Bacillus;

- produção de etanol, 2-3butanediol e vários

ácidos orgânicos: ác. Lático, ác. Acético, ác. Succínico e

ác. Fórmico.

FERMENTAÇÃO BUTÍRICA

- Butyribacteriu, Clostridium;

- produção de ácido butírico, ácido acético, CO2 e

hidrogênio;

- Clostridium butyricum:4 glicose 2 ác. acético + 3 ác. Butírico + 8 CO2 + 10 H2

FERMENTAÇÃO ACETONOBUTÍLICA

- Alguns Clostridium;

- produção de ácido butírico, ácido acético, CO2 ,

hidrogênio e álcoois (butanol, etanol, isopropanol) e

acetona.

FERMENTAÇÃO PROPIÔNICA

- Várias bactérias anaeróbias estritas ou

facultativas;

- Propionibacterium, alguns Clostridium,

Veillonella

- produção de ácido propiônico, ácido acético, CO2

e as vezes ácido succínico;

3 glicose 4 ác. propiônico + 2 ác. acético + 2 CO2