17/3/2014. Metabolismo Microbiano. Definição FUNÇÕES ESPECÍFICAS

Transcrição

1 Definição UNIDADE ACADÊMICA DE CIÊNCIAS AGRÁRIAS CURSO DE GRADUAÇÃO EM AGRONOMIA DISCIPLINA: BIOQUÍMICA GERAL PROFESSORAS: Adriana Silva Lima e Márcia Aparecida Cezar Metabolismo Microbiano Chama-se metabolismo ao conjunto de reações químicas que ocorrem nas células, e que lhe permitem manter-seviva, crescer e dividir-se. 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 1

2 Classificação metabólica dos organismos Quanto a fonte de carbono Células Autotróficas: - CO 2 fonte única de C; -Relativamente autossuficientes (plantas e algumas bactérias). Células Heterotróficas: - Não usa o CO 2 como fonte de C no metabolismo; - Obtém o C do ambiente, na forma reduzida e relativamente complexa (C orgânico). - Aeróbicos: O 2 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 de e - são compostos inorgânicos: H e H 2 S. - quimioorganotróficas: os doadores de e - são moléculas orgânicas: C 6 H 12 O 6. 2

3 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; Reparo de danos e manutenção da célula em boas condições; ENERGIA DA CÉLULA Obtida através da quebra de moléculas orgânicas Crescimento e multiplicação; Armazenada na forma de ATP Armazenamento de nutrientes e excreção de produtos de escória; Mobilidade Utilizada na síntese de moléculas ou outras funções celulares 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 catabolismo para os processos celulares que necessitam de energia. 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 3

4 ESTRUTURA do ATP e CONVERSÃO do ATP em ADP TROCAS DE ENERGIA REAÇÕES DE ÓXIDO REDUÇÃO MACROMOLÉCULAS + O 2 CO 2 + H 2 O MACROMOLÉCULAS (REDUZIDAS) + O 2 CO 2 (OXIDADO) + H 2 O CATABOLISMO CATABOLISMO ADP + Pi ATP Transportador oxidado (NAD+; FAD) Transportador reduzido (NADH; FADH 2 ) ANABOLISMO ANABOLISMO MACROMOLÉCULAS TRABALHO MOLÉCULAS MENORES 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 4

5 TIPOS DE RESPIRAÇÃO ANAERÓBIA Ausência de O 2 AERÓBIA Presença de O 2 RESPIRAÇÃO ANAERÓBIA Também chamada de fermentação (quebra parcial da glicose na ausência de O 2 ) 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 5

6 a-d-glicose ATP Mg ++ ADP Hexocinase a-d-glicose-6-fosfato Fosfoglicose isomerase b-d-frutose-6-fosfato ATP Mg ++ ADP Fosfofrutocinase 1 (PFK1) b-d-frutose-1,6-bisfosfato Aldolase Gliceraldeído-3-fosfato + Di-hidroxi acetona fosfato Triose fosfato isomerase 2NAD + + 2P i Gliceraldeído-3- fosfato 2ATP 2ADP H 2 O 2-Fosfoglicerato 2NADH Piruvato Mg ++ Piruvato cinase Fosfoenolpiruvato 3-Fosfoglicerato 2ATP Mg ++ 2ADP Fosfoglicerato cinase Gliceraldeído 3- fosfato desidrogenase Enolase Fosfo-glicerato mutase 1,3-Bisfosfo-glicerato Ciclo de Krebs 6

7 Glicólise produz 2 piruvatos (2 acetil CoA) Assim o ciclo roda 2 vezes para cada glicose 6 NADH = 15 ATP 2 FADH 2 = 3 ATP 2 GTP = 2 ATP Total = 20 ATP O rendimento de 1 molécula de glicose então será: lembrar para o futuro que cada ciclo produz 10 ATP Cadeia respiratória Complexo Enzimático I H+ Q Cit c Complexo Enzimático II Complexo Enzimático III NADH NAD Elétrons altamente energéticos ½ O 2 H 2 O H+ O 2 + 4H + + 4e - 2H 2 O + Cadeia transportadora De elétrons CITOPLASMA BALANÇO ENERGÉTICO CATABOLISMO DE MOLÉCULAS ORGÂNICAS Degradação de macromoléculas PROTEÍNAS CARBOIDRATOS LIPÍDIOS GLICÓLISE Ác. pirúvico Acetil-CoA MITOCÔNDRIA Monômeros AMINOÁCIDOS GLICOSE ÀC. GRAXOS 2 ATP 2 NADH 2 NADH CICLO DE KREBS 2 ATP PIRUVATO 6 NADH 2 FADH CADEIA RESPIRATÓRIA Respiração Aeróbia Acetil-CoA CICLO DE KREBS 2 ATP 6 ATP 6 ATP 18 ATP 4 ATP 2 ATP Produtos metabólicos finais CADEIA RESPIRATÓRIA NH 3 H 2 O CO 2 7

8 O CICLO DO GLIOXILATO Uma Via Relacionada Em plantas e algumas bactérias, com exceção dos animais, a acetil- CoA 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) Violeta azul verde amarelo laranja vermelho Raios Gama Raios X Ultravioleta Luz visível Infravermelhos Ondas de rádio e TV Microondas 0,1nm 10nm 100nm nm 10mm 50mm 100mm Unidades: Comprimento mm: 10-6 m de Onda nm: 10-9 m A: m Fotofosforilação cíclica 8

9 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 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 COM A ENZIMA: 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 REQUER MAIS ENERGIA DE ATIVAÇÃO SEM PRESENÇA DA ENZIMA Esta especificidade permite que a enzima encontre o substrato correto dentro do grande número de diferentes moléculas na célula 9

10 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: Se for alta a velocidade máxima da catalisação pode ser alcançada 1- COMPETITIVOS: INIBIDORES ENZIMÁTICOS 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 10