O Microrganismos Na Bioquímica

1. Introdução

Os organismos vivos realizam inúmeras reações químicas utilizando de compostos orgânicos e inorgânicos oriundos da natureza com a finalidade primordial de produção de energia para realizar trabalho. [1]

Os microrganismos podem obter energia a partir dos açucares (principalmente a glicose) através do metabolismo anaeróbico (glicólise e fermentação) e/ou do metabolismo aeróbio (respiração), no qual teremos a oxidação completa do açúcar através do ciclo de Krebs, envolvendo ainda o transporte de elétrons e fosforilação oxidativa. [1]

A glicose e é a fonte mais comum de energia de carboidratos utilizada pelas células. Os microrganismos também podem catabolizar diversos lipídeos e proteínas para produção de energia. [2]

Para produzir energia a partir de glicose, os microrganismos utilizam dois processos gerais: respiração celular e fermentação. [2]

Além do processo da glicólise, podemos encontrar em muitos microrganismos outros tipos de reações para a utilização da glicose.  A via alternativa mais comum é a via das pentoses, que pode funcionar concomitantemente com a via glicolítica. Esta via é importante, pois proporciona a quebra não somente de açucares de seis carbonos (hexoses como a glicose), mas também de cinco carbonos (pentoses - por isso denominada via das pentoses), e também por gerar a produção de pentoses importantes que poderão ser utilizadas posteriormente na síntese de ácidos nucléicos, na formação de glicose a partir de CO2nos processos fotossintéticos e também na síntese de alguns aminoácidos. [1]

Outra via também conhecida é a via Etner-Doudoroff. Os microrganismos que possuem o aparato enzimático para realização desta via também são capazes de metabolizar a glicose até a formação de duas moléculas de NADPH e uma molécula de ATP sem, entretanto, passar por todas as etapas da via glicolítica. [1]

A grande maioria dos microrganismos ditos aeróbicos é capaz de obter energia pela fase anaeróbica da glicólise, entretanto muito deles utilizam esta via como um mecanismo preparatório para um outro processo que, no final, será mais produtivo e rentável quando relacionados a quantidade de moléculas de ATP geradas e, consequentemente, um aproveitamento maior da molécula doadora de energia como a glicose por exemplo. [1]

Este processo é chamado de respiração aeróbica ou respiração celular devido a presença e participação da molécula de oxigênio molecular (O2). A respiração celular ocorre com a utilização do composto intermediário gerado na etapa anaeróbica da metabolização da glicose (piruvato) por meio de processos metabólicos adicionais: o ciclo de Krebs e cadeia transportadora de elétrons – fosforilação oxidativa. [1]

O ciclo de Krebs, ou ciclo dos ácidos tricarboxílicos, é formado por uma série de reações que se iniciam com a entrada da molécula de acetil-CoA no ciclo. Esta acetil-CoA é originada da descarboxilação do ácido pirúvico, formando acetil, que reage então com a coenzima A (CoA), formando o intermediário que será utilizado no ciclo de Krebs. [1]

A grande vantagem deste ciclo para o processo de respiração é que a cada volta completa do ciclo teremos a formação de grande potencial energético. [1]

A fermentação pode ser qualquer processo metabólico que libere energia de um açúcar ou outra molécula orgânica, não requer oxigênio ou um sistema transportador de elétrons e usa uma molécula orgânica como aceptor final de elétrons. [2]

A fermentação pode ser definida de muitas formas [2]:

• Libera energia de açucares ou moléculas orgânicas, tais como aminoácidos, ácidos orgânicos, purinas e piridinas.
• Não requer o uso do ciclo de Krebs ou de uma cadeia transportadora de elétrons.
• Não requer oxigênio (mas algumas vezes pode ocorrer na presença desse).
• Utiliza uma molécula orgânica como aceptor final de elétrons.
• Produz somente pequenas quantidades de ATP (somente uma ou duas moléculas de ATP para cada molécula de material inicial), porque permanece nas ligações químicas dos produtos finais orgânicos, tais como ácido lático ou etanol.

Durante a fermentação, os elétrons são transferidos (juntamente com os prótons) das coenzimas reduzidas (NADH, NADPH) para o ácido pirúvico ou para seus derivados. Esses aceptores finais de elétrons são reduzidos aos produtos finais. Uma função essencial da segunda etapa da fermentação é garantir um constante suplemento de NADH+ e NADP+ para a glicólise poder continuar. Na fermentação, ATP é gerado somente durante a glicólise. [2]

Vários microrganismos podem fermentar vários substratos; o produto final depende do microrganismo específico, do substrato e das enzimas que estão presentes e ativas. Análises químicas desses produtos finais são úteis na identificação de microrganismos. [2]

Existem vários tipos de fermentação, e estas diferenças são conhecidas pelo nome do produto final da via, a saber [1]:

• Fermentação ácido-homolática: o ácido pirúvico é convertido exclusivamente em ácido lático, utilizando-se dos elétrons fornecidos pela molécula de NADH. Diferentemente de outros tipos de fermentação, este processo não gera formação de gás. Este tipo de fermentação é bastante utilizado na produção de queijos e derivados, porque ocorre frequentemente em lactobacilos.
• Fermentação alcoólica: o ácido pirúvico é convertido em gás carbônico (CO2) e acetaldeído, sendo este último reduzido a álcool etílico, também usando a molécula de NADH. Muito utilizado na produção de bebidas alcoólicas como vinho e cerveja e na panificação.

A fermentação alcoólica também começa com a glicólise de uma molécula de glicose para obter duas moléculas de ATP. [2]

A fermentação alcoólica é um processo de baixo rendimento energético porque a maioria da energia contida na molécula de glicose original permanece no etanol, o produto final. [2]

        

1. Objetivos

Testar a capacidade de um microorganismos (levedura Saccharomyces cerevisiae) fermentar vários carboidratos.

1. Materiais

Tubos de ensaio

Pipetador automático

Tudo de Durhan

Papel alumínio

Proveta

Balança

Bequer

3.1) Reagentes

Glicose

Sacarose

Manitol

K2HPO

KH2PO4

(NH4)2 SO4

MgSO4.7H20

Microelementos

1. Procedimento Experimental

Este experimento foi realizado visando entender o crescimento de leveduras em meios de cultura contendo diferentes fontes de carbono (glicose, sacarose e manitol).

4.1) Meio de cultura liquido definido

4.2) Composição

3,0 g de fonte de carbono (glicose, sacarose ou manitol).

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