Slide 1 - Educacional

Metabolismo Microbiano
1.
2.
3.
4.
5.
Reações
catabólicas
e
anabólicas.
Enzimas
(componentes da enzimas e mecanismos de atividade
enzimática)
Produção de Energia. Vias metabólicas de Produção
de Energia. Catabolismo de carboidratos (Glicólise, Via
Pentose fosfato, Via Entner-Doudoroff)
Respiração Celular (aeróbica e anaeróbica).
Fermentação.
Catabolismo
de
lipídeos
e
proteínas.Testes Bioquímicos e Identificação
bacteriana.
Fotossíntese.
Fotofosforilação.
Reações
independentes da luz: Ciclo de Calvin-Benson.
Resumo dos mecanismos de produção de Energia.
Diversidade metabólica entre os organismos.
Vias metabólicas de uso de energia. Biossíntese de
polissacarídeos. Biossíntese de lipídeos. Biossíntese
de aminoácidos e proteínas. Biossíntese de purinas e
pirimidinas. Integração do metabolismo.
Classificação dos
microrganismos de acordo à
Respiração.
•Aeróbios Restritos: Vivem só em presença
de oxigênio.
•Anaeróbios Facultativos: Podem gerar ATP
através da respiração e também da
fermentação utilizando íon nitrato como
aceptor de elétrons.
•Anaeróbios Restritos:
Bactérias que
utilizam sulfatos e carbonatos como aceptores
de elétrons e não podem utilizar a respiração
aeróbica como alternativa.
Respiração Anaeróbica
•
Respiração anaeróbia: Um restrito grupo de bactérias utilizam compostos
inorgânicos como aceptor final de elétrons
•
O aceptor final de elétrons é uma substância inorgânica diferente de
oxigênio. Geralmente substâncias oxidadas: NITRATOS, SULFATOS E
CARBONATOS.
•
Bactérias tais como: Pseudomonas e Bacillus podem utilizar o íon nitrato
(NO-3) como aceptor final de elétrons. O íon nitrato é reduzido a íon nitrito
(NO2-), oxido nitroso (N2O) ou gás nitrogênio (N2).
•
Desulfovibrio e Desulfotomaculum: utilizam sulfatos (SO42-) como aceptor
final de elétrons para formar sulfeto de hidrogênio (H2S).
•
Bactérias metanogênicas: utilizam carbonato (CO32-) para formar metano
(CH4).
•
Rendimento: mais baixo que a respiração aeróbica, somente uma parte do
TCA funciona sob condições anaeróbias e nem todos os transportadores
participam da cadeia.
Compostos oxidados do Enxofre
como aceptores de elétrons
• Dois tipos de Redução de sulfatos: catabólica ou
desassimiladora e a assimiladora
• Redução do sulfato ligada a síntese (assimiladora):
Plantas verdes, microrganismos eucarióticos e
procarióticos apresentam redução do sulfato ligado à
síntese de aminoácidos enxofrados.
• A redução desassimiladora do sulfato forma H2S e o
libera ao meio.
• Organismos: Anaeróbios restritos.
• Gêneros: Desulfovibrio e Desulfotomaculum (vivem em
solos e matéria orgânica em decomposição).
Nitrato como aceptor final de
elétrons
•
Dois tipos de redução: Assimiladora e Desassimiladora,
Assimiladora: O íon nitrato (NO-3) é reduzido a íon nitrito (NO2-) e depois se
reduze a NH3 que logo é incorporado ao material celular (plantas e
bactérias).
Em enterobactérias: a redução de (NO-3) pode chegar até NH4+ como um
processo respiratório acumulando-se amoníaco (Redução
desassimiladora)
Desnitrificação: Processo de respiração anaeróbia que converte (NO-3) em
N2,,,( N2O) ou uma mescla dos dois.
Redução de Nitratos: Redução incompleta de (NO-3) até (NO2-) que se
acumula no meio. Este é um processo respiratório facultativo. O Oxigênio
reprime a síntese das enzimas nitrato e nitrito redutase, uma vez a enzima
presente o (NO-3) compite com O2.
*Os dois últimos processos podem ser independentes da assimilação.
Grupo microbiano: Enterobactérias (respiração, fermentação e resp.
anaeróbica).
O que é fermentação?
• 1. Qualquer processo que produza laticínios ou bebidas
acídicos (uso geral)
• 2. Qualquer processo microbiológico em grande escala
ocorrendo com o sem ar (comum na indústria).
• 3. Qualquer processo metabólico que libere energia que
ocorra somente sob condições anaeróbicas (Def. mais
científica)
• *4. Qualquer processo metabolico que libere energia de
um açúcar ou outra molécula orgânica, não requer
oxigênio ou um sistema transportador de elétrons e usa
uma molécula orgânica como aceptor final de elétrons.
(Definição que adotaremos)*
Fermentação
• Louis Pasteur: reconheceu a função
fisiológica da fermentação explicando o
fenômeno como “a conseqüência da vida
sem ar”.
• Na transformação redox do substrato não
participa o oxigênio=Processo anaeróbio.
Exceto as bactérias ácido-lácticas que
podem manter a fermentação em
presença de O2.
Características da Fermentação
1. Tanto doadores como aceptores de elétrons
são moléculas orgânicas. Em ocasiões a
mesma molécula se oxida e se reduze.
2. O processo ocorre em Ausência de O2.
3. Existe um balanço rigoroso de C, O, H entre
substratos e produtos.
4. Pode utilizar tanto hexoses (via Glicólise, via
Entner-Doudoroff) como pentoses (via das
pentoses) como substrato.
Fermentação
•
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•
•
•
•
•
Os compostos que se oxidam e reduzem no processo são
geralmente derivados de açúcares (Carboidratos são os
substratos principais).
*No processo se estabelece um estrito balanço redox.
*Gera-se ATP através da fosforilação a nível de substrato.
*O ácido pirúvico (via Glicólise, via Entner-Doudoroff) converte-se
é um o mais produtos orgânicos diferentes, dependendo do tipo
de célula. Esses produtos podem ser, ácido lático, etanol, ácido
acético etc.
Não há ciclo de krebs nem cadeia de transporte de életrons.
Utiliza moléculas orgânicas como aceptor de elétrons.
*O rendimento de ATP é muito baixo, somente uma ou duas
moléculas de ATP para cada molécula de material inicial (Grande
parte da energia permanece nas reações químicas dos produtos
finais tais como ác. Lático e etanol)
Principais vias metabólicas utilizadas
pelos microorganismos fermentativos
1. Glicólisis ou frutose –difosfato (FD) ou
Embdem-Meyerhoff (EM).
2. Via das Pentosas-Fosfato.
3. Via Entner-Doudoroff (restringida a
procarióntes)
Fermentação:
• Através da Glicólise: fosforilação em nível de
substrato (2 ATP/ molécula de Glicose).
• Através da via das Pentoses: Ocorre o
processo oxidativo a partir da Glicose até a
formação de Ribulose-5-fosfato. Esta via é
cíclica por natureza e acontecem
descarboxilação, epimerização e
deshidrogenação.
Esta via subministra para os processos
biossintéticos: pentosa-fosfato, eritrosa-fosfato,
3-fosfogliceraldeído e NADPH+ + H+.
.
Fermentação:
• Através da Via Entner-Doudoroff:
- É típica e exclusiva de alguns procarióntes
- De natureza simples: deshidrogenação, deshidratação e
a conversão de Glicose em ácido pirúvico e 3fosfogliceraldeído (que é convertido a ácido pirúvico vía
frutosa difosfato).
- Por cada mole de Glicose se produze 1mole de ATP e 2
moles de NADH+ + H+.
- Seu significado básico provém da obtenção de ácido
glucónico por alguns microorganismos: E. coli e
Clostridium obtém os ácidos glucónicos do metabolismo
intermediário por esta via a partir de glicose
Via Entner-Doudoroff
1. A partir de cada molécula de glicose está via
produz duas moléculas de NADPH e uma
molécula de ATP para utilizar nas reações
biossintéticas celulares.
2. As bactérias que possuem as enzimas para
está via podem metabolizar a Glicose sem a
Glicólise ou a vía das pentosas fosfato.
3. Esta via é encontrada em algumas outras
bactérias Gram – incluindo: Rhizobium,
Pseudomonas e Agrobacterium.
Tipos de Fermentação
•
1.
2.
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6.
7.
Segundo os produtos segregados que predominem
quantitativamente se diferenciam em:
Alcoolica (produção de etanol).
Lática (homolática: ác. Lático e heterolática: ác.
Lático+etanol+CO2;
Propiónica (ácido propiónico)
Fórmica (mixtura de ácidos)
Butírica (ácido butírico, butanol, acetona, isopropanol
e outros ác. Orgânicos)
Acética (ácido acético)
Com produção de metano.
Resumo das
características
principais das
fermentações
típicas
Fermentação
Microorganis
mo
Via
metabólica
Produto
Principal
Uso
Comercial
Alcoólica
Saccharomyce
s cerevisiae;
Sarcina
ventriculi;
Zymomonas
mobilis
Glicólise,
Glicólise,
EntnerDoudoroff
Etanol+CO2
Bebidas
Lática
lactobacillacea
s
Glicólise,
Via Pentosefosfatos
Ácido lático,
Ácido
lático+etanol+
CO2
Iogurte;
Kefir,
conservas
Propiónica
Propionibactér
ias
Glicólise
Ácido
propiónico
Fórmica
Enterobactéria
s
(Photobacteri
um)
Glicólise
Ácido acético,
fórmico,
málico,
Lático, etanol,
glicerina, CO2
e H2.
]
Produtos
industriais
Butíricabutanólica
Clostridios
Glicólise
Ácido
butírico,
butanol,
acetona,
isopropanol
Produtos
industrias
Acética
Clostridios
Glicólise
Ácido acético
Produtos
industriais
Fermentação Lática
• Uma molécula de Glicose é oxidada em duas moléculas
de ácido pirúvico gerando-se 2 moléculas de ATP.
• As moléculas de ác. pirúvico são reduzidas por duas
moléculas NADH para formar duas moléculas ácido
lático.
• O ácido lático é o produto final: não sofre mais oxidação
e armazena a energia produzida pela reação
• Rendimento de energia baixo.
• Microorganismos homoláticos ou homofermentativos:
Streptococcus e Bacillus,
• Produtos: iogurte, leite, repolho azedo e conservas de
pepino.
Fermentação alcoólica
• Através da Glicólise uma molécula de Glicose produze
duas moléculas de ácido pirúvico e duas de ATP.
• As duas moléculas de ác. Pirúvico são convertidas em
duas de acetaldeído e duas moléculas de CO2.
• As duas moléculas de acetaldeído são reduzidas por 2
NADH para formar duas moléculas de etanol.
• Microorganismos heteroláticos ou heterofermentativos:
Saccharomyces (produze alcool e CO2 como resíduos).
Podem utilizar a via Pentose-fosfato.
Testes Bioquímicos e Identificação
Bacteriana
•
Identificar microorganismos pelos tipos de enzimas que produzem:
Tipos de testes:
1.Detecção de enzimas que catabolisam aminoácidos (formação de Indol a
partir do triptofano-enzima: triptofanase)
2.Teste de oxidação aeróbia ou fermentação de açúcares (produção de ácidos)
3.Hidrólise do amido (amilases),
4.liquefação da gelatina (enzimas proteolíticas),
5. Efeito sobre o leite: Proteolisis da caseína e utilização de latose.
6.Formação de amoníaco a partir de aminoácidos
7. Formação de H2S a partir de aminoácidos que contem enxofre (cisteína,
metionina),
8. Redução de nitratos (enzima nitrato redutase)
9. Crescimento em meio sem nitrogênio (crecem só microorganismos que
fixam o nitrogênio molecular)
10. Relação com o Oxigênio:
Catabolismo de Lipídeos
• Os microorganismos também oxidam lipídeos e
proteínas:
Lipídeos:Gorduras constituídas de ácidos graxos e
glicerol.
Lipases: Enzimas produzidas pelos microorganismos que
quebram os lipídeos em seus componentes, sendo cada
componente metabolizado separadamente.
Glicerol: é convertido em diidroxiacetona fosfato e
catabolisado via Glicólise e Ciclo de Krebs.
Ácidos graxos: β-Oxidação: degradação dos ácidos
graxos em que fragmentos de carbono são liberados de
dois em dois para formar Acetil-CoA que é catabolisado
via Ciclo de Krebs
Catabolismo de Proteínas
• As proteínas são muito grandes para atravessar
a membrana.
• Os microrganismos produzem peptidases
extracelulares=aminoácidos.
• Para os aminoácidos serem catabolisados
precisam ser convertidos a outras substâncias
para entrarem no ciclo de Krebs através de
reações de: desaminação, descarboxilação e
desidrogenação.
Desaminação: o grupo amino é removido e
convertido em íon amônia e o ácido orgânico
restante entra no ciclo de Krebs