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Bioquímica de Microrganismos Microrganismo Nutrição Reprodução Desenvolvimento intensidade e rapidez célula extração canalização consumo de energia célula célula Bioquímica de Microrganismos Exemplo: fermentação alcoólica  se inocularmos em condições adequadas, as células irão se multiplicar em progressão geométrica  o nº de células ser á duplicado de 4 em 4 horas  se mantivermos o processo por 72 h e partirmos de 1 g de levedura, serão obtidas cerca de 524288 g da mesma  alto poder de síntese 0 100000 200000 300000 400000 500000 600000 0 8 16 24 32 40 48 56 64 72 80 Tempo (h) M as sa ( g) Bioquímica de Microrganismos Metabolismo Microbiano Energia liberada da célula  obtida através da quebra de moléculas orgânicas  conservada e armazenada na forma de ATP [trifosfato de adenosina, um nucleotídeo formado por uma base nitrogenada (adenina), um açúcar (ribose) e três moléculas de ácido fosfórico, cuja função é armazenar energia] e NADPH (nicotinamida adenina dinucleotídeo fosfato)  utilizada na síntese de moléculas ou outras funções celulares Bioquímica de Microrganismos Metabolismo Microbiano Relação entre produção e utilização de energia Bioquímica de Microrganismos Metabolismo Microbiano Vias metabólicas do uso de energia Metabolismo microbiano ocorre de acordo com a s características nutricionais (fontes de carbono e energia) Bioquímica de Microrganismos Heterótrofos - não podem usar o CO2 da atmosfera, obtendo carbono a partir de um ambiente na forma de moléculas orgânicas complexas como a glicose (animais superiores e muitos microrganismos) Autótrofos - podem usar o CO2 da atmosfera como única fonte de carbono (bactérias fotossintéticas e plantas), a partir da qual constrói todas suas biomoléculas contendo carbono Metabolismo Microbiano Ciclo do CO2 e do O2 Reações de oxidação-redução Luz Compostos orgânicos co, Compostos orgânicos cos o Sim Não Y Y Do Sem 02 == Compostos Compostos orgânicos orgânicos v v qjérasBecéras Ex Costrdium Bioquímica de Microrganismos Catabolismo: refere-se à quebra de compostos mais complexos em compostos mais simples através de reações químicas reguladas por enzimas que liberam energia.  são geralmente reações de hidrólise (usam água e reações são quebradas)  são exergônicas (produzem mais energia do que consomem) Ex: células que quebram açúcares em dióxido de carbono e água Anabolismo: refere-se à construção de moléculas orgânicas complexas a partir de moléculas mais simples através de reações reguladas por enzimas.  envolvem reações de síntese por desidratação (liberam água)  requerem mais energia da que produzem Ex: formação de proteínas a partir de aminoácidos, ácidos nucléicos a partir de nucleotídeos e polissacarídeos a partir de açúcares simples Bioquímica de Microrganismos Respiração Quanto à necessidade do oxigênio, os microrganismos são classificados em:  aeróbios  necessitam de oxigênio livre para o seu desenvolvimento  anaeróbios facultativos  são indiferentes à presença de oxigênio livre  anaeróbios obrigatórios  não conseguem viver em ambientes onde haja oxigênio livre Bioquímica de Microrganismos Respiração  respiração completa ou aeróbia  caracterizada pela oxidação completa a CO2 e água de várias substâncias como glicídios, ácidos, álcoois, etc. em presença de oxigênio livre C6H12O6 + 6 O2  6 CO2 + 6 H2O + calor Etapas: * glicólise * ciclo de Krebs * cadeia respiratória  respiração anaeróbia ou fermentação  caracterizada pela quebra parcial da glicose e outras substâncias na ausência de oxigênio  fermentação lática  fermentação alcoólica (vinho, aguardente, cerveja)  fermentação acética (vinagre) Bioquímica de Microrganismos a glicose (C H O) é degradada em duas moléculas menores, com três átomos de carbono, o ácido pirúvico (C H O)  glicólise C H O  2 C H O + 2 ATP NADH: nicotinamida-adenina dinucleotídeo Respiração anaeróbia  Fermentação lática Glicólise é a oxidação da glicose em ácido pirúvico com a produção de ATP e NADH contendo energia. Não há demais etapas Bioquímica de Microrganismos a glicose (C H O) é degradada em duas moléculas menores, com três átomos de carbono, o ácido pirúvico (C H O)  glicólise C H O  2 C H O + 2 ATP NADH: nicotinamida-adenina dinucleotídeo Respiração anaeróbia  Fermentação alcoólica Glicólise é a oxidação da glicose em ácido pirúvico com a produção de ATP e NADH contendo energia. Não há demais etapas Bioquímica de Microrganismos Glicólise: é a oxidação da glicose em ácido pirúvico com a produção de ATP e NADH contendo energia. Ciclo de Krebs: é a oxidação do acetil (derivado do ácido pirúvico) em CO2 com a produção de algum ATP, NADH contendo energia e um outro transportador de elétrons reduzido (FADH2). Cadeia respiratória (transporte de elétrons): NADH e FADH2 são oxidados, entregando elétrons para uma cascata de reações redox. A energia destas reações gera uma considerável quantidade de energia (a maior quantidade de energia é gerada neste passo). Respiração aeróbia Bioquímica de Microrganismos Respiração aeróbia Glicólise  ocorre no citoplasma e consiste na quebra parcial da molécula de glicose, carregando energeticamente duas moléculas de ATP e liberando duas moléculas de ácido pirúvico que serão utilizadas na próxima etapa. A glicólise da respiração é idêntica à da fermentação. glicólise , glicose bd Bioquímica de Microrganismos NADO Ao Liberação de CO, e de NADH., formando um composto de 26 E E E COsMiMd A ma | o ne A : 2.'D acetil recebe a ç coenzima A, formando acetil-CoA. Respiração ] Emo | a e ró b a a o ] 3.0 acetil-CoA combina-se com um + "composto de 4€, 0 ácido oxalacético, e libera a coenzima A. Forma-se, C | C | O d e Kre bs ii cmi Ee Co ácido sulco, NADH, CO, 4. Ao longo do ciclo, o ácido cítrico perde dois carbonos na forma de CO, e oito hidrogênios que são captados por NAD ou FAD, Ao final, forma-se o ácido oxalacético, que novamente se unirá : ao acetil-CoA, reiniciando o ciclo. Bioquímica de Respiração ,. Microrganismos aeróbia Ciclo de Krebs oo F Eo—C—coo- da, , coo- 7 doo- EE, o c oxaloacetato . —coo- citrato É o LA H, cis-aconitato NADH «do Ê Y coo- oo- coo- coo- i | E, HO—C—E l 4 H—C—coo- malato 3 H Ho . O— isocitrato doo- D0- À / EO o na 1º Aco, jÉ succinato succinil-CoA l 2 NADH H H, fumarato o L Goo- I =o oo az | s—Co4 Í a-cetoglutarato o ng co- FADE, 4 E —, 2 — com H Co GTP NADH Color Respiração aeróbia Cadeia respiratória  ocorre nas cristas mitocondriais no interior das mitocôndrias  as moléculas de hidrogênio retiradas da glicose pelas moléculas de NAD e FAD, produzindo NADH e FADH durante a glicólise e o ciclo de Krebs, serão transportadas até o oxigênio, formando moléculas de água e liberando energia para a produção de ATP  na cadeia respiratória, as moléculas de NAD e FAD funcionam como transportadoras de hidrogênio e a combinação de hidrogênio com oxigênio não se realiza de forma direta. Bioquímica de Microrganismos Bioquímica de Microrganismos Respiração aeróbia Saldo energético Etapa Hidrogênio ATP Glicólise 2 NADH  4 ATP Ciclo de Krebs (2 moléculas de ác. pirúvico  2 voltas) 8 NADH  2 FADH 2 ATP Cadeia respiratória 10 NADH  30 ATP 2 FADH  4 ATP Total Geral 40 ATP Gasto 2 ATP na glicólise -2 ATP Saldo líquido 38 ATP Bioquímica de Microrganismos Respiração aeróbia C H O  6 CO2 + 6 H2O+ 38 ATP Bioquímica de Microrganismos Alternativas à glicólise  muitas bactérias possuem outra via além da Glicólise para oxidar glicose  via pentose fosfato (ciclo da hexose monofosfato)  via Entner-Doudoroff Bioquímica de Microrganismos  um dos processos mais importantes na terra, realizado por organismos autótrofos, possibilitando a conversão da energia luminosa em energia química, que é então utilizada para a conversão do CO2 da atmosfera em compostos de carbono reduzidos, especialmente açúcares  também chamada de fixação do carbono, pois permite a reciclagem de C do planeta  organismos fotossintéticos: cianobactérias, plantas verdes e algas Fotossíntese Bioquímica de Microrganismos  pode ser resumida pela equação: 6 CO2 + 12 H2O + energia (luz)  6 H12O6 + 6 O2 + 6 H2O  os elétrons são obtidos a partir dos átomos de hidrogênio da água e são incorporados ao açúcar  etapas da fotossíntese  fase clara, a energia luminosa é utilizada na conversão de ADP a ATP e na redução de NADP a NADPH.  fase escura, os elétrons são utilizados, juntamente com o ATP, para reduzir o CO2 a compostos orgânicos (açúcares). Fotossíntese Bioquímica de Microrganismos Reações luminosas  correspondem à fotofosforilação, onde a energia luminosa é absorvida pelos pigmentos (clorofila e bacterioclorofila), excitando os elétrons que passam para a primeira de uma série de moléculas transportadoras, semelhante à cadeia de transporte de elétrons  a passagem de prótons pela membrana, com a conversão de ADP em ATP.  fosforilação cíclica: o elétron retorna à clorofila  fosforilação acíclica (mais comum): os elétrons liberados não retornam à clorofila, sendo incorporados ao NADPH. Os elétrons perdidos são substituídos por outros, provenientes da água ou outro composto oxidável, tal como H2S. Fotossíntese Bioquímica de Microrganismos Processos biossintéticos  aqueles nos quais os constituintes químicos complexos de uma célula são construídos. Generalizações sobre as vias biossintéticas:  as vias biossintéticas começam com a síntese das unidades estruturais necessárias para a produção de substâncias mais complexas  tais unidades são, então, ativadas, usualmente com a energia das moléculas de ATP. Essa energia é necessária para estabelecer as ligações covalentes que subsequentemente irão ligar as unidades estruturais.  as unidades estruturais ativadas são unidas uma à outra para formar substâncias complexas que se tornam parte estrutural ou funcional da célula. Bioquímica de 4 Microrganismos BIOSSÍNTESE DE COMPOSTOS NITROGENADOS * Biossíntese de aminoácidos e proteinas * Biossintese de nucleotídeos e ácidos nucleicos BIOSSÍNTESE DE LIPÍDEOS * Biossíntese de ácidos graxos de cadeia longa * Biossintese de fosfolipideos BIOSSÍNTESE DE CARBOIDRATOS * Biossintese de peptideoglicano de parede celular Bioquímica de Microrganismos Biossíntese de Aminoácidos e Proteínas “ alguns microorganismos como E. cofi podem sintetizar todos os aminoácidos. Outros microorganismos requerem aminoácidos pré-formados para sintetizar proteínas. “ fonte de precursores para sintetizar aminoácidos: O ciclo de Krebs. Ocorre através da aminação (ou transaminação) de ácidos orgânicos do cielo de Krebs. Transaminação: quando o grupo amino adicionado ao ácido orgânico provem de um aminoácido pré-formado. Importância dos aminoácidos: “> sintese de proteínas (enzimas, componentes estruturais e toxinas). Bioquímica de 4 Microrganismos Biossíntese de Polissacarídeos “> átomos de carbono para a síntese de glicose são obtidos dos intermediários produzidos durante a glicólise, ciclo de Krebs, de lipídeos e aminoácidos. Aplicação em Bactérias: 1. Produção de glicogênio: unidades de glicose são fosforiladas e ligadas 2. Biossíntese de peptidoglicana (parede celular): utilizam uridina difosfato N acetilglicosaminase que é formado apartir de glicose-6-fosfato e UTP (hucleotídeo uridina trifosfato). Bioquímica de 4 Microrganismos