8: Metabolismo microbiano
- Page ID
- 181423
\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)
Ao longo da história da Terra, o metabolismo microbiano tem sido uma força motriz por trás do desenvolvimento e manutenção da biosfera do planeta. Organismos eucarióticos, como plantas e animais, normalmente dependem de moléculas orgânicas para energia, crescimento e reprodução. Os procariontes, por outro lado, podem metabolizar uma ampla gama de matéria orgânica e inorgânica, desde moléculas orgânicas complexas como celulose até moléculas inorgânicas e íons como nitrogênio atmosférico (N 2), hidrogênio molecular (H 2), sulfeto (S 2−), íons manganês (II) (Mn 2+), ferro ferroso (Fe 2+) e ferro férrico (Fe 3+), para citar alguns. Ao metabolizar essas substâncias, os micróbios as convertem quimicamente em outras formas. Em alguns casos, o metabolismo microbiano produz substâncias químicas que podem ser prejudiciais a outros organismos; em outros, produz substâncias essenciais para o metabolismo e a sobrevivência de outras formas de vida (Figura\(\PageIndex{1}\)).
- 8.1: Energia, matéria e enzimas
- Processos celulares, como a construção ou decomposição de moléculas complexas, ocorrem por meio de uma série de reações químicas interconectadas e progressivas chamadas vias metabólicas. O termo anabolismo se refere às vias metabólicas endergônicas envolvidas na biossíntese, convertendo blocos de construção moleculares simples em moléculas mais complexas e alimentadas pelo uso de energia celular.
- 8.2: Catabolismo de carboidratos
- A glicólise é o primeiro passo na quebra da glicose, resultando na formação de ATP, que é produzido pela fosforilação em nível de substrato; NADH; e duas moléculas de piruvato. A glicólise não usa oxigênio e não é dependente de oxigênio. Após a glicólise, um piruvato de três carbonos é descarboxilado para formar um grupo acetil de dois carbonos, juntamente com a formação de NADH. O grupo acetil está ligado a um grande composto transportador chamado coenzima A.
- 8.3: Respiração celular
- A respiração celular começa quando os elétrons são transferidos do NADH e do FADH₂ — por meio de uma série de reações químicas para um aceitador final de elétrons inorgânicos (oxigênio na respiração aeróbica ou moléculas inorgânicas não oxigenadas na respiração anaeróbica). Essas transferências de elétrons ocorrem na parte interna da membrana celular das células procarióticas ou em complexos proteicos especializados na membrana interna das mitocôndrias das células eucarióticas.
- 8.4: Fermentação
- A fermentação usa uma molécula orgânica como um aceitador final de elétrons para regenerar o NADdo NADH para que a glicólise possa continuar. A fermentação não envolve um sistema de transporte de elétrons e nenhum ATP é produzido diretamente pelo processo de fermentação. Os fermentadores produzem muito pouco ATP — apenas duas moléculas de ATP por molécula de glicose durante a glicólise. Os processos de fermentação microbiana têm sido usados para a produção de alimentos e produtos farmacêuticos e para a identificação de micróbios.
- 8.5: Catabolismo de lipídios e proteínas
- Coletivamente, os micróbios têm a capacidade de degradar uma grande variedade de fontes de carbono além dos carboidratos, incluindo lipídios e proteínas. As vias catabólicas de todas essas moléculas eventualmente se conectam à glicólise e ao ciclo de Krebs. Vários tipos de lipídios podem ser degradados microbialmente. Os triglicérides são degradados pelas lipases extracelulares, liberando ácidos graxos da coluna vertebral do glicerol. Os fosfolipídios são degradados pelas fosfolipases, liberando ácidos graxos e grupos de cabeça fosforilados.
- 8.6: Fotossíntese e a importância da luz
- Organismos heterotróficos, desde E. coli até humanos, dependem da energia química encontrada principalmente nas moléculas de carboidratos. Muitos desses carboidratos são produzidos pela fotossíntese, o processo bioquímico pelo qual organismos fototróficos convertem energia solar (luz solar) em energia química. Embora a fotossíntese seja mais comumente associada às plantas, a fotossíntese microbiana também é um fornecedor significativo de energia química, alimentando diversos ecossistemas.
- 8.7: Ciclos biogeoquímicos
- A energia flui direcionalmente pelos ecossistemas, entrando como luz solar para fototróficos ou como moléculas inorgânicas para quimioautotróficos. Os seis elementos mais comuns associados às moléculas orgânicas - carbono, hidrogênio, nitrogênio, oxigênio, fósforo e enxofre - assumem uma variedade de formas químicas e podem existir por longos períodos na atmosfera, na terra, na água ou abaixo da superfície da Terra.
Miniatura: O ciclo de Krebs, também conhecido como ciclo do ácido cítrico, está resumido aqui. Observe que a entrada de acetil de dois carbonos resulta nas principais saídas por turno de duas moléculas de CO 2, três NADH, uma FADH 2 e uma ATP (ou GTP) produzidas por fosforilação em nível de substrato. São necessárias duas voltas do ciclo de Krebs para processar todo o carbono de uma molécula de glicose. (CC BY 4.0; OpenStax)