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2 Introdução Metabolismo: grego: metabole = mudança, transformação
3 Produção de energia Requerimentos de energia:
Síntese dos componentes celulares: parede, membrana, etc. síntese de enzimas, ácidos nucléicos, polissacarídeos, fosfolipídios reparos e manutenção da célula crescimento e multiplicação acumulação de nutrientes e excreção de produtos indesejáveis motilidade
4 Fontes de energia Para a maioria dos microrganismos a energia é retirada de moléculas químicas (nutrientes, substratos) Para outros a energia é proveniente da luz.
5 (utilizam substâncias
Quimiotróficos (utilizam substâncias químicas como fonte de energia) Quimiolitotróficos C= CO2 Quimiorganotróficos C=orgânico A maioria dos microrganismos
6 Principais fontes de energia
Quimiolitotróficos (quimioautotróficos) - substâncias inorgânicas: Nitrosomonas europaea Amônia + CO2	nitrito + energia Quimiorganotróficos (quimioheterotróficos) - substâncias orgânicas: Streptococcus lactis glicose ácido lático + energia
7 Fototróficos Anabaena cylindrica (cianobactéria) Luz	energia
8 Compostos que armazenam energia
9 Fluxo da energia A concentração de ATP na célula é baixa.
Numa célula em plena atividade chega a 2 mM Em motores a explosão ou em turbinas o rendimento oscila em torno de 30%.
10 Produção de ATP pelos microrganismos
Mecanismos: Fosforilação em nível de substrato: O grupo fosfato de um composto químico é removido e adicionado diretamente ao ADP Fosforilação oxidativa Fotofosforilação ►Fosforilação é a adição de um grupo fosfato (PO4) a outra molécula
11 O grupo fosfato é adicionado a algum intermediário tornando-se de alta energia que pode ser transferido ao ADP. Reações OXI-RED internamente balanceadas: alguns átomos do substrato tornam-se mais reduzidos, enquanto outros mais oxidados
12 Fosforilação em nível de substrato
13 Produção de ATP pelos microrganismos
Fosforilação em nível de substrato Fosforilação oxidativa: A energia liberada pela oxidação de compostos químicos é utilizada na síntese de ATP Fotofosforilação
Oxidação: perda de elétrons (ou também perda de H) H  H+ + e- Fe++  Fe+++ + e- COOH-CH2-CH2-COOH  COOH-CH=CH-COOH + 2H (ácido succínico) A Fosforilação oxidativa envolve uma cadeia de transporte de elétrons (CTE - série de reações integradas) ► energia liberada aos poucos e mais eficientemente (até 45 %) sistema O/R: próximo membro do sistema tem maior capacidade para receber elétrons doador  (O/R)1  (O/R)2  (O/R)3  (O/R)4  aceptor composto oxidado nutriente
17 Produção de ATP pelos microrganismos
Fosforilação em nível de substrato Fosforilação oxidativa Fotofosforilação: A energia da luz é utilizada para a síntese de ATP
18 O NADPH é utilizado para reduzir o CO2: Processo de fixação do CO2
Organização do complexos protéicos na membrana fotossintética de uma bactéria fototrófica. O gradiente de prótons gerado pela luz é utilizado na síntese de ATP, catalisada pela ATP sintase. Fotofosforilação O NADPH é utilizado para reduzir o CO2: Processo de fixação do CO2
19 Carreadores de elétrons
Numa reação de oxidação-redução, a transferência de elétrons normalmente requer a participação de intermediários, denominados carreadores. Classes: Que se difundem livremente: NAD+, NADP+ Associados à membrana: Flavoproteínas FMN/FAD Proteínas com Fe e S Quinonas NAD+ + 2 e- + 2 H+ → NADH + H bom doador
20 Vias de degradação de nutrientes para produção energia
21 Vias de degradação de nutrientes para produção energia
22 Vias de degradação de nutrientes para produção energia
Vias catabólicas glicólise regeneração do NAD+ Fermentação: O NAD é regenerado utilizando um aceptor produzido pela própria célula Respiração aeróbia Respiração anaeróbia Todas as vias também fornecem precursores para a biossíntese
23 quantidade limitada na célula
Glicólise Lactobacilos Enterobactérias Leveduras
24 Síntese da Fermentação
ausência de aceptores externos de elétrons reações de oxidação e redução de um composto orgânico balanceadas internamente fosforilação em nível de substrato Pouca eficiência na produção de de energia: (2 ATP/mol de glicose) Maior parte da energia retida no produto final: O álcool tem alto teor energético
25 Vias catabólicas Fermentação Respiração aeróbia:
glicólise regeneração do NAD+ Fermentação Respiração aeróbia: o NADH doa elétrons para o sistema de transporte de elétrons para regenerar o NAD. O aceptor final de elétrons é o oxigênio Resulta também na geração da força protomotiva e produção de mais ATP Respiração anaeróbia
26 O ciclo de Krebs (ciclo do ácido cítrico) A degradação da glicose por organismos aeróbios normalmente não para com a produção do ácido pírúvico. Cada molécula de NADH pode doar elétrons para o sistema de transporte para geração da força protomotiva e geração de ATP.
28 Síntese da Respiração aeróbia
reações de oxidação e redução em presença de um aceptor de elétrons externo A molécula inteira do substrato é oxidada alto potencial de energia grande quantidade de ATP é gerada: 38 ATPs
29 Respiração anaeróbia aceptor final de elétrons diferente do O2
oxidação de substratos orgânicos ou inorgânicos: C6H12O NO3-  6CO2 + 6H2O + 12NO2- 2 lactato + SO4= + 4H+  2 acetato + 2CO2 + S= + H2O
30 Nenhum desses aceptores são eletropositivos quanto o O2/H2O.
32 Utilização de energia
33 Generalidades sobre as vias biossintéticas:
34 Fornecimento de precursores de aminoácidos
35 Biossíntese Polímeros
Polissacarídeos (ex: peptideglicano) são sintetizados a partir de hexoses como o UDP-Glicose A ativação do monossacarídeo utiliza energia do ATP e UTP (uridina trifosfato)