Aula produção de energia final
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Produção de energia por microrganismos
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• Metabolismo microbiano
Anabolismo
Catabolismo
O conhecimento do metabolismo celular é essencial para o entendimento da
bioquímica do crescimento microbiano
Consumo de energia
Liberação de energia
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INTRODUÇÃO:
• Uma maior compreensão do metabolismo ajuda no desenvolvimento de procedimentos laboratoriais para cultivo de microrganismos e também na pesquisa de novos métodos para prevenção do crescimento de microrganismos indesejáveis.
• Relação entre:
Crescimento e Metabolismo ⇔ Doenças Infecciosas ⇔ Práticas Médicas e Indústria Microbiológica/Farmacêutica
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CONCEITOS:
• Autotróficos e Heterotróficos → "troph" = alimentos
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Tipos de fisiologia
fonte de energia fonte de carbono fonte de elétronAutotrófico CO2 Heterotrófico moléculas orgânicas Foto- luz solarQuimio- substâncias químicasOrganotrófico moléculas orgânicasLitotrófico moléculas inorgânicas
- Tipos de metabolismo
Quimiorganotrófico (heterotróficos)Quimiolitotrófico (quimioautotrófico)Fotolitotrófico (fotoautotrófico)Fotorganotróficos (fotoheterotróficos)
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A) Síntese de ATP: » via catabólica energiaenergia
substrato inicial produto finalsubstrato inicial produto final
» fosforilação a nível de substratoADP + Pi + energia ATPADP + Pi + energia ATP
» redução de coenzimas NAD+ + 2e- + 2H+ NADH + H+NAD+ + 2e- + 2H+ NADH + H+ FAD+ + 2e- + 2H+ FADHFAD+ + 2e- + 2H+ FADH22
ATP
ADP + Pi
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B) Metabolismo de bactérias quimioheterotróficas:
» Principal composto orgânico: GlucoseGlucose
» Dois mecanismos: RespiraçãoRespiração (oxidação completa de substâncias orgânicas) FermentaçãoFermentação (oxidação parcial de substâncias orgânicas)
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VIAS DE OBTENÇÃO DE ENERGIA → Oxidação de compostos orgânicos e conservação de energia sob a forma de ATP → "GLICÓLISE "
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VIAS DE OBTENÇÃO DE ENERGIA
1) RESPIRAÇÃO: um processo gerador de ATP no qual um composto inorgânico (como o oxigênio) funciona como o aceptor final de elétrons. O doador de elétrons pode ser um composto orgânico ou inorgânico. Podemos ter dois tipos de respiração → AERÓBICA e ANAERÓBICA
1.a) RESPIRAÇÃO AERÓBICA: se oxigênio é aceptor final de elétrons, todas as moléculas de substrato podem ser completamente oxidadas a CO2 e uma grande quantidade de ATP é gerada.
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1.a) RESPIRAÇÃO AERÓBICA:
glucose (Cglucose (C66HH1212OO66) + 6 O) + 6 O22 COCO22 + 6 H + 6 H22OO
três partes: vias glicolíticasvias glicolíticas ciclo de Krebs ciclo de Krebs fosforilação oxidativa fosforilação oxidativa
vias glicolíticas: Embden Meyerhof vias glicolíticas: Embden Meyerhof (eucariotos e procariotos)Entner-Doudoroff Entner-Doudoroff (procariotos)Via das pentoses-fosfato Via das pentoses-fosfato (eucariotos e procariotos)
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Fosforilação Oxidativa
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1.b) Respiração: oxidação completa de substâncias orgânicas
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o aceptor final de elétrons é uma substância inorgânica diferente do oxigênio.
• Pseudomonas e Bacillus → Nitrato (NO3-) reduzido a Nitrito (NO2-), Óxido Nitroso (N2O) ou Gás Nitrogênio (N2);
• Desulfovibrio → Sulfato (SO42-) formando Sulfeto de Hidrogênio H2S;
• Outras bactérias → Carbonato (CO32-) formando Metano (CH4)
1.b) RESPIRAÇÃO ANAERÓBICA:
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• Em anaerobiose: → Ciclo de Krebs funciona parcialmente; → Nem todos transportadores participam da cadeia de transporte de elétrons;
O rendimento de ATP mais baixo do que na respiração aeróbica → Anaeróbicos crescem mais lentamente que os aeróbicos → DIFICULDADES NO DIAGNÓTICOS DE INFECÇÕES
1.b) RESPIRAÇÃO ANAERÓBICA:
• O uso destes aceptores de elétrons alternativos permitem que determinados organismos respirem onde o oxigênio está ausente.
• A respiração anaeróbica por bactérias, utilizando nitrato e sulfato como aceptores é essencial para os ciclos do nitrogênio e enxofre que ocorrem na natureza.
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2) Fermentação: oxidação parcial de substâncias orgânicas
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Libera energia de açúcares ou moléculas orgânicas, tais como aminoácidos, ácidos orgânicos, purinas e pirimidinas;
Não requer oxigênio (mas algumas vezes pode ocorrer na presença deste);
Não requer o uso do ciclo de Krebs ou uma cadeia de transporte de elétrons;
Utiliza uma molécula orgânica como aceptor final de elétrons;
Produz somente pequenas quantidades de ATP → grande parte da energia permanece nas ligações químicas dos produtos finais orgânicos → Ácido lático ou Etanol.
1.2) FERMENTAÇÃO:
• Um processo gerador de ATP em que compostos orgânicos agem tanto como doadores quanto aceptores de elétrons. A fermentação pode ocorrer na ausência de O2.
"la vie sans air“’ (Pasteur)
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USOS INDUSTRIAIS PARA DIFERENTES TIPOS DE FERMENTAÇÃO
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COMPARAÇÃO: RESPIRAÇÃO AERÓBICA, ANAERÓBICA E FERMENTAÇÃO
02SubstratoUma molécula orgânica
Aeróbica ou AnaeróbicaFermentação
Variável (menor que 38 e maior
que 2)
Substrato e Oxidativa
Substâncias Inorgânicas que não o oxigênio
AnaeróbicaRespiração Anaeróbica
38 ou 36Substrato e Oxidativa
Oxigênio (O2)AeróbicaRespiração Aeróbica
N° Moléculas de ATP / Glicose
Tipo de Fosforilação
para gerar ATPAceptor FinalCondições de
CrescimentoProcessos
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Mitocôndria & Hidrogenossomos: Organelas especializadas no metabolismo energético quimiotrófico
• Mitocôndria → mecanismo de síntese de ATP em céls eucarióticas aeróbias → respiração e fosforilação oxidativa
• Hidrogenossomos → mecanismo de síntese de ATP em céls eucarióticas anaeróbias ou aerotolerantes → metabolismo estritamente fermentativo
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Mitocôndria
- Morfologia bacilar ou quase esférica → apresenta considerável plasticidade → dimensões de uma célula procariótica
- A membrana mitocondrial não possui esteróis e apresenta inúmeros canais pequenos que permitem a passagem de íons e de pequenas moléculas orgânicas → O ATP produzido no interior da mitocôndria move-se para o citoplasma
- O número de mitocôndrias vai depender do tamanho da célula eucariótica → Ex: Célula animal pode conter 1000 mitocôndrias
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• Fotossíntese → Conversão de energia luminosa em energia química
• Pigmentos sensíveis a luz → Clorofila
• Geralmente são visíveis por microscopia óptica → são maiores que as bactéria
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• Teoria da endossimbiose → Relativa autonomia e semelhança com bactérias→ descendência de antigos procariotos
• Célula eucariótica → Quimera genética contendo DNA de duas origens distintas → do endossimbionte e da célula hospedeira
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• Evidências: → estudos moleculares 1) Mitocôndrias e cloroplastos contém DNA e seus próprios ribossomos (70S)
2) O núcleo eucariótico contém genes derivados de Bacteria
3) Especificidade aos antibióticos
4) Filogenia molecular → estudos filogenéticos comparando rRNA relacionam mitocôndrias e cloroplastos com o domínio Bacteria
• Endossimbiose → Sucesso evolutivo