aula 4 - metabolismo
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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
- 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.
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