Metabolismo I: Metabolismo heterotrófico

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Transcrição:

Metabolismo I: Metabolismo heterotrófico

Como fazer uma célula bacteriana?

O que é metabolismo?

Destino dos precursores

ATP

+ NADP

NADPH

A célula bacteriana deve satisfazer três necessidades básicas:! Energia! ATP! 13 precursores! Intermediários do metabolismo de Carbono! Poder redutor! NADPH

Diferentes estratégias de sobrevivência! Vias metabólicas! Processos metabólicos! Objetivo: obter ATP, precursores e poder redutor O que é metabolismo?

Heterotróficos Autotróficos

Heterotróficos

Metabolismo heterotrófico! Obtenção dos 13 precursores

Glicólise via de Embden-Meyerhof-Parnas (EMP) C 6 H 12 O 6 + 2 ADP + 2 Pi + 2 NAD +! 2 H 3 C-CO-COO - + 2 H 2 O + 2 NADH + 2 H + + 2 ATP Glicose Piruvato Uma célula bacteriana pode crescer fazendo exclusivamente a EMP?

EMP

EMP

Metabólito EMP ATP X NAD(P)H - Glicose-6-fosfato X Frutose-6-fosfato X Ribose-5-fosfato ou ribulose-5-fosfato - Eritrose-4-fosfato - Sedoheptulose-7-fosfato - Gliceraldeído-3-fosfato X 3-Fosfoglicerato X Fosfoenolpiruvato X Piruvato X Acetil-CoA - Oxaloacetato - α-cetoglutarato - Succinil-CoA - Via predominante de origem do metabólito*

Via de Entner-Doudoroff C 6 H 12 O 6 + ADP + NADP + + NAD + + Pi 2 H 3 C-CO-COO - + ATP + NADPH + NADH Glicose Piruvato Uma célula bacteriana pode crescer fazendo ED?

Via de Entner-Doudoroff

Via de Entner-Doudoroff Reações específicas de ED

Via de Entner-Doudoroff ED

Metabólito EMP ATP X X NAD(P)H - X Glicose-6-fosfato X X Frutose-6-fosfato X - Ribose-5-fosfato ou ribulose-5-fosfato - - Eritrose-4-fosfato - - Sedoheptulose-7-fosfato - - Gliceraldeído-3-fosfato X X 3-Fosfoglicerato X X Fosfoenolpiruvato X X Piruvato X X Acetil-CoA - - Oxaloacetato - - α-cetoglutarato - - Succinil-CoA - - Via predominante de origem do metabólito* ED

ED gera NADPH Há outras fontes de NADPH? Como obter NADPH?

Via das pentoses C 6 H 12 O 6 + ATP + 6 NADP + C 3 H 6 O 3 PO 4 + ADP + 3 CO 2 + 6 NADPH Glicose gliceraldeído-3-fosfato Uma célula bacteriana pode crescer fazendo VP?

Metabólito Via predominante de origem do metabólito* EMP ED VP ATP X X - NAD(P)H - X X Glicose-6-fosfato X X X Frutose-6-fosfato X - X Ribose-5-fosfato ou ribulose-5-fosfato - - X Eritrose-4-fosfato - - X Sedoheptulose-7-fosfato - - X Gliceraldeído-3-fosfato X X X 3-Fosfoglicerato X X - Fosfoenolpiruvato X X - Piruvato X X - Acetil-CoA - - - Oxaloacetato - - - α-cetoglutarato - - - Succinil-CoA - - - *EMP via de Embden Meyerhof Parnas; VP- via das pentoses ED- via de Entner -Doudoroff

Via da Fosfocetolase (Hexose monofosfato) (A) Glicose + ADP + 3 NAD + AcetilCoA + Piruvato + ATP + 3 NADH + CO 2 (B) 2 Glicose + 2 ADP + 2 NAD + 3 AcetilCoA + 2 Piruvato + 2 ATP + 2 NADH Uma célula bacteriana pode crescer fazendo VF?

Via da Fosfocetolase Hexose monofosfato Ocorrência: bactérias láticas homofermentadoras Ação da fosfocetolase (B) Ação da fosfocetolase (A) Ação da fosfocetolase (A) Leuconostoc mesenteroides Bifidobacterium bifidum

Via da Fosfocetolase (Hexose monofosfato)

Metabólito Via predominante de origem do metabólito* EMP ED VP HMP ATP X X - X NAD(P)H - X X - Glicose-6-fosfato X X X X Frutose-6-fosfato X - X X Ribose-5-fosfato ou ribulose-5-fosfato - - X X Eritrose-4-fosfato - - X X Sedoheptulose-7-fosfato - - X X Gliceraldeído-3-fosfato X X X X 3-Fosfoglicerato X X - X Fosfoenolpiruvato X X - X Piruvato X X - X Acetil-CoA - - - X Oxaloacetato - - - - α-cetoglutarato - - - - Succinil-CoA - - - - *EMP via de Embden Meyerhof Parnas; VP- via das pentoses ED- via de Entner -Doudoroff

Os destinos do piruvato! Precursor de biossíntese Piruvato! Oxidação a CO 2 Acetil-CoA

Os destinos do piruvato Complexo piruvato desidrogenase CPD Piruvato Formiato Liase PFL Piruvato Acetil-CoA

Os destinos do piruvato Complexo piruvato desidrogenase CPD H 3 C-CO-COO - + HS-CoA + NAD + H 3 C-CO-SCoA + NADH + CO 2 Piruvato Acetil-CoA

Coenzima A

Metabólito Via predominante de origem do metabólito* EMP ED VP HMP CPD ATP X X - X - NAD(P)H - X X - - Glicose-6-fosfato X X X X - Frutose-6-fosfato X - X X - Ribose-5-fosfato ou ribulose-5-fosfato - - X X - Eritrose-4-fosfato - - X X - Sedoheptulose-7-fosfato - - X X - Gliceraldeído-3-fosfato X X X X - 3-Fosfoglicerato X X - X - Fosfoenolpiruvato X X - X - Piruvato X X - X - Acetil-CoA - - - X X Oxaloacetato - - - - - α-cetoglutarato - - - - - Succinil-CoA - - - - -

Os destinos do piruvato Piruvato Piruvato Formiato Liase PFL Acetil-CoA H 3 C-CO-COO - + HS-CoA H 3 C-CO-SCoA + HCOO - Piruvato Acetil-CoA Formiato

Metabólito Via predominante de origem do metabólito* EMP ED VP HMP CPD/ PFL ATP X X - X - NAD(P)H - X X - - Glicose-6-fosfato X X X X - Frutose-6-fosfato X - X X - Ribose-5-fosfato ou ribulose-5-fosfato - - X X - Eritrose-4-fosfato - - X X - Sedoheptulose-7-fosfato - - X X - Gliceraldeído-3-fosfato X X X X - 3-Fosfoglicerato X X - X - Fosfoenolpiruvato X X - X - Piruvato X X - X - Acetil-CoA - - - X X Oxaloacetato - - - - - α-cetoglutarato - - - - - Succinil-CoA - - - - -

Os destinos do piruvato Complexo piruvato desidrogenase CPD Piruvato Formiato Liase PFL Piruvato Acetil-CoA O 2 Situação em enterobactérias

Destinos de acetil-coa! Precursor do metabolismo! Ciclo dos ácidos tricarboxílicos! Ramos oxidativo e redutor

Ciclo dos ácidos tricarboxílicos (TCA ou ciclo de Krebs) H 3 C-CO-SCoA +3 NAD + + FAD + GDP + P i + H 2 O 2CO 2 + 3NADH + 2H + + FADH 2 + GTP + HSCoA

Em algumas condições o complexo α-cetoglutarato desidrogenase não está presente ou está inativado

Ramo redutor Ramo oxidativo

Metabólito Via predominante de origem do metabólito* EMP ED VP HMP CPD /PFL ATP X X - X - X - NAD(P)H - X X - - - - Glicose-6-fosfato X X X X - - - Frutose-6-fosfato X - X X - - - Ribose-5-fosfato ou ribulose-5-fosfato - - X X - - - Eritrose-4-fosfato - - X X - - - Sedoheptulose-7-fosfato - - X X - - - Gliceraldeído-3-fosfato X X X X - - - 3-Fosfoglicerato X X - X - - - Fosfoenolpiruvato X X - X - - - Piruvato X X - X - - - Acetil-CoA - - - X X - - Oxaloacetato - - - - - X X α-cetoglutarato - - - - - X X Succinil-CoA - - - - - X X TCA RR/ RO

Shunt do glioxilato 2 Acetil-CoA + NAD + + 2H 2 O! Succinato + 2HS-CoA + NADH + 3H +

Como as bactérias crescem quando não há glicose?

β-oxidação de ácidos graxos

Como as bactérias crescem quando não há glicose?

Gliconeogênese

Nenhuma das vias isoladamente consegue suprir os precursores necessários ao metabolismo bacteriano

Uma combinação de vias é necessária

! Vias metabólicas! Processos metabólicos! Redes metabólicas

Obtenção de ATP

Heterotróficos Sem O 2 Sem O 2 com outro aceptor final de eletrons Com O 2

Heterotróficos Sem O 2 Sem aceptor de elétrons exógeno FERMENTAÇÃO Reoxidação de coenzimas NADH/NAD +

Fermentação

Fermentação

Formação de precursores durante a fermentação de glicose em E. coli (principais reações anapleroticas em vermelho)

Heterotróficos Sem O 2 FERMENTAÇÃO Sem O 2 com outro aceptor final de eletrons Com O 2

Heterotróficos Sem O 2 com outro aceptor final de elétrons RESPIRAÇÃO ANAERÓBIA

Cadeias de transporte de elétrons e fosforilação oxidativa

Produtos da fermentação não foram completamente oxidados Podem gerar mais energia

CTE esquema geral

CTE em E. coli quando nitrato é o aceptor final de elétrons

RESPIRAÇÃO ANAERÓBIA

Obtenção de precursores na respiração anaeróbia

Heterotróficos Sem O 2 FERMENTAÇÃO Sem O 2 com outro aceptor final de eletrons RESPIRAÇÃO ANAERÓBIA Com O 2

Heterotróficos Com O 2

Cadeia de transporte de elétrons aeróbia

Precursores/Poder redutor/atp Aerobiose Anaerobiose

Heterotróficos Sem O 2 FERMENTAÇÃO Sem O 2 com outro aceptor final de eletrons RESPIRAÇÃO ANAERÓBIA Com O 2 RESPIRAÇÃO AERÓBIA