Metabolismo Microbiano

17/3/2014
Definição
UNIDADE ACADÊMICA DE CIÊNCIAS AGRÁRIAS
CURSO DE GRADUAÇÃO EM AGRONOMIA
DISCIPLINA: BIOQUÍMICA GERAL
PROFESSORAS: Adriana Silva Lima e Márcia Aparecida Cezar
Chama-se metabolismo ao conjunto de reações
químicas que ocorrem nas células, e que lhe permitem
manter-se viva, crescer e dividir-se.
Metabolismo Microbiano
Soma total de todas as reações enzimáticas que
ocorrem na célula, por meio de uma integração altamente
coordenada,
onde
muitos
mecanismos
de
sistema
multienzimáticos participam, trocando matéria e energia
entre a célula e o seu meio ambiente.
FUNÇÕES ESPECÍFICAS
 Obter energia química de moléculas combustíveis ou luz solar
absorvida;
 Converter nutrientes exógenos em blocos construtivos
(monômeros primários) ou precursores de componentes
macromoleculares das células;
 Formar e degradar as biomoléculas requeridas nas
funções especializadas das células.
CATABOLISMO
Conjunto de reações de DEGRADAÇÃO
 Compostos orgânicos de alto PM
em moléculas + simples
 Liberação de Energia livre
 Conservação da Energia em moléculas de alta Energia – ATP
ANABOLISMO
Conjunto de reações de SÍNTESE
 moléculas
+ simples
Compostos orgânicos de alto PM
 Gasto de Energia
 Usam energia gerada no Catabolismo
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Classificação metabólica dos organismos
Quanto a fonte de carbono
 Células Autotróficas:
- CO2 fonte única de C;
-Relativamente autossuficientes (plantas e algumas bactérias).
 Células Heterotróficas:
- Não usa o CO2 como fonte de C no metabolismo;
- Obtém o C do ambiente, na forma reduzida e relativamente
complexa (C orgânico).
- Aeróbicos: O2 como aceptor final de e-.
- Anaeróbicos: usam outras moléculas com aceptores de e.
Classificação metabólica dos organismos
Quanto a fonte de energia
 Células Fototróficas:
- Luz solar como fonte primária de energia.
 Células Quimiotróficas:
- A energia utilizada é proveniente de reações de oxidorredução.
- quimiolitotróficas: doadores
inorgânicos: H e H2S.
de
e-
são
compostos
- quimioorganotróficas: os doadores de e- são moléculas
orgânicas: C6H12O6.
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ENERGIA DA CÉLULA
Uma célula viva requer energia para realizar diferentes
tipos de trabalho, incluindo:
 Biossíntese das partes estruturais da célula, tais como
paredes celulares, membrana ou apêndices externos;
 Síntese de enzimas, ácidos nucleicos, polissacarídeos,
fosfolipídeos e outros componentes químicos da célula;
ENERGIA DA CÉLULA
Reparo de danos e manutenção da célula em boas
 Obtida através da quebra de moléculas orgânicas
condições;
Crescimento e multiplicação;
 Armazenada na forma de ATP
Armazenamento de nutrientes e excreção de produtos
 Utilizada na síntese de moléculas ou outras funções
de escória;
celulares
Mobilidade
O Ciclo do ATP
 O ATP é a ”moeda de troca” energética nas células;
 Organismos fototrópicos transformam energia luminosa em
energia química sob forma de ATP;
 Nos heterotróficos, o ATP é produzido pelo catabolismo;
 O ciclo do ATP transporta energia da fotossíntese ou do
ADP: difosfato de adenosina
ATP: trifosfato de
adenosina, um
nucleotídeo formado por uma base
nitrogenada- a adenina, um açúcar - a ribose
e três moléculas de ácido fosfórico
Função: armazenar energia
catabolismo para os processos celulares que necessitam de
energia.
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ESTRUTURA do ATP e CONVERSÃO do ATP em ADP
TROCAS DE ENERGIA
MACROMOLÉCULAS + O2
CO2 + H2 O
REAÇÕES DE ÓXIDO REDUÇÃO
MACROMOLÉCULAS (REDUZIDAS) + O2
CATABOLISMO
ADP + Pi
CO2 (OXIDADO) + H2 O
CATABOLISMO
ATP
Transportador oxidado
(NAD+; FAD)
Transportador reduzido
(NADH; FADH2)
ANABOLISMO
ANABOLISMO
MOLÉCULAS MENORES
MACROMOLÉCULAS
TRABALHO
MACROMOLÉCULAS
(REDUZIDAS)
MOLÉCULAS MENORES
(OXIDADAS)
NAD: nicotinamida-adenina dinucleotídeo
Função: transportador hidrogênio
NADH: nicotinamida-adenina
dinucleotídeo
FAD: flavina-adenina dinucleotídeo
Função: transportador hidrogênio
FADH: flavina-adenina dinucleotídeo
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TIPOS DE RESPIRAÇÃO
• ANAERÓBIA
– Ausência de O2
• AERÓBIA
– Presença de O2
RESPIRAÇÃO ANAERÓBIA
• Também chamada de fermentação (quebra
parcial da glicose na ausência de O2)
• Ocorre, por exemplo, em organismos
unicelulares
– Fermentação láctica
– Fermentação alcoólica
• Vinho, cerveja, aguardente
– Fermentação acética
• Vinagre
RESPIRAÇÃO ANAERÓBIA
• Fermentação láctica
– Glicose (C H O) é degradada em duas
moléculas menores, com três átomos de
carbono, o ácido pirúvico (C H O)
glicólise
– Gera 2 moléculas de ATP
– C H O
2C H O + 2ATP
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Piruvato
a-D-Glicose
ATP
ADP
Mg++

Hexocinase

Mg++ Piruvato cinase
2ATP
2ADP
Fosfoenolpiruvato
a-D-Glicose-6-fosfato

Fosfoglicose
isomerase
b-D-Frutose-6-fosfato

ATP
Mg++
ADP
Fosfofrutocinase 1
(PFK1)
b-D-Frutose-1,6-bisfosfato

H2O

Enolase
2-Fosfoglicerato

Fosfo-glicerato mutase
2ATP
3-Fosfoglicerato

Mg++
2ADP
Fosfoglicerato cinase
Aldolase
2NADH
Gliceraldeído-3-fosfato
2NAD++ 2Pi
+
Di-hidroxi acetona
Gliceraldeído-31,3-Bisfosfo-glicerato
fosfato
fosfato

Gliceraldeído 3
fosfato
Triose fosfato
desidrogenase
isomerase
Ciclo de Krebs
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Glicólise produz 2
piruvatos (2 acetil
CoA)
Assim o ciclo roda 2
vezes para cada glicose
O rendimento de 1 molécula
de glicose então será:
6 NADH = 15 ATP
2 FADH2 = 3 ATP
2 GTP
= 2 ATP
Total
= 20 ATP
lembrar para o futuro que cada
ciclo produz 10 ATP
Cadeia respiratória
Complexo
Enzimático
I
Cit c
NADH
Complexo
Enzimático
III
Complexo
Enzimático
II
Q
H+
NAD
½ O2
H2O
Elétrons altamente
energéticos
H+
O2 + 4H+ + 4e- 
2H2O
+
Cadeia
transportadora
De elétrons
CATABOLISMO DE MOLÉCULAS ORGÂNICAS
BALANÇO ENERGÉTICO
Degradação de
macromoléculas
CITOPLASMA
GLICÓLISE
Ác. pirúvico
MITOCÔNDRIA
Acetil-CoA
2 NADH
2 NADH
Monômeros
PROTEÍNAS
AMINOÁCIDOS
CICLO DE
KREBS
CARBOIDRATOS
GLICOSE
LIPÍDIOS
ÀC. GRAXOS
PIRUVATO
2 ATP
2 ATP
6 NADH
2 FADH
CADEIA RESPIRATÓRIA
2 ATP
2 ATP
6 ATP
6 ATP
18 ATP
Acetil-CoA
Respiração
Aeróbia
CICLO
DE
KREBS
CADEIA RESPIRATÓRIA
4 ATP
Produtos
metabólicos finais
NH3
H 2O
CO2
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O CICLO DO GLIOXILATO – Uma Via Relacionada
 Em plantas e algumas bactérias, com exceção dos animais, a acetilCoA pode servir como material inicial para a biossíntese dos
carboidratos.
 A acetil-CoA é produzida no catabolismo dos ácidos graxos.
 Duas enzimas são responsáveis pela capacidade de plantas e de
bactérias de produzir glicose a partir de ácidos graxos.
 A isocitrato-liase cliva o isocitrato, produzindo glioxilato e succinato. A
malato-sintase catalisa a reação do glioxilato com a acetil-CoA,
produzindo malato.
 Duas moléculas de Acetil-CoA entram no ciclo do glioxilato, dando
origem a uma molécula de malato e, evenualmente, a uma molécula de
oxaloacetato.
 A glicose pode ser produzida, por conseguinte, a partir do
oxaloacetato, pela gliconeogênese.
 O ciclo do ácido cítrico e do glioxilato podem operar simultaneamente.
Fotossíntese
Freqüência (Hz)
1021
1018
1016
7. 1014
Violeta azul verde
Raios
Gama
4 . 1014
amarelo
laranja
Ultravioleta
1012
1010
104
vermelho
Ondas de rádio
e TV
Infravermelhos
Raios X
Microondas
Luz visível
0,1nm
Unidades:
mm: 10-6 m
nm: 10-9 m
A: 10-10 m
10nm
100nm
400------740nm
10mm
50mm
100mm
Comprimento
de Onda
Fotofosforilação cíclica
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ENZIMAS E REAÇÕES QUÍMICAS
CATALIZADORES
SUBSTÂNCIAS QUE PODEM ACELERAR UMA
REAÇÃO QUÍMICA SEM ALTERÁ-LA
PERMANENTEMENTE
ENZIMAS: São catalisadores biológicos
Molécula tridimensional que tem um SÍTIO ATIVO:
região que irá interagir com uma substância
química específica: REAGENTE
ENZIMA: orienta o substrato para uma posição que aumenta a probabilidade de
uma reação ocorrer
COM A ENZIMA:
• As enzimas são específicas
• Cada enzima atua em uma substância
específica (SUBSTRATO DA ENZIMA)
• EX:
• Sacarose (açúcar de mesa): é o substrato
da enzima sacarase que cataliza a
hidrólise da sacarose:
– Glicose
– Frutose
REQUER MENOS ENERGIA DE
ATIVAÇÃO NA PRESENÇA DA ENZIMA
SEM A ENZIMA:
ESPECIFICIDADE E EFICIÊNCIA ENZIMÁTICA
A
enzima: molécula tridimensional que possui
configuração única específica
Esta especificidade permite que a enzima encontre
o substrato correto dentro do grande número de
diferentes moléculas na célula
REQUER MAIS ENERGIA DE ATIVAÇÃO
SEM PRESENÇA DA ENZIMA
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NOMENCLATURA DAS ENZIMAS:
COMPONENTES DAS ENZIMAS
Embora as enzimas são constituídas de proteínas:
-Uma grande parte: APOENZIMA
-Um componente não protéico: COFATOR
Íons de Ca, Fe, Zn, Mg: auxiliam na catalisação de uma reação
pois formam uma ponte entre a enzima e o substrato
COFATORES ENZIMÁTICOS
Pequenas moléculas orgânicas ou inorgânicas que podem ser
necessários para a função de uma enzima
FATORES QUE INFLUENCIAM A ATIVIDADE
ENZIMÁTICA
Temperatura:
 Quanto maior a T maior a velocidade da reação
 pH:
 A maioria das enzimas tem um pH ótimo para
distribuição de cargas elétricas
 Concentração do Substrato:
INIBIDORES ENZIMÁTICOS
1- COMPETITIVOS:
Ocupam o sítio ativo de uma enzima e competem
com o substrato normal pelo sítio ativo
2- NÃO COMPETITIVOS:
Não competem com o substrato pelo sítio ativo
da enzima, entretanto interagem com outra parte
da enzima
 Se for alta a velocidade máxima da catalisação
pode ser alcançada
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