Aparelho enzimático e sua importância
As bactérias possuem um poderoso conjunto de enzimas, que são classificadas em 6 classes padrão (oxirredutases, transferases, hidrolases, ligases, liases, isomerases). A sua localização na célula determina estritamente a função desempenhada:
- Endoenzimas atuam no interior da célula, garantindo as reações metabólicas intracelulares.
- Exoenzimas são secretadas para o meio externo. Sua principal tarefa é a hidrólise de macromoléculas grandes (polissacarídeos, proteínas, lipídios) em dímeros e monômeros capazes de atravessar a parede celular. Na medicina, muitas exoenzimas (hialuronidase, colagenase) são conhecidas como fatores de patogenicidade — «enzimas de agressão» que destroem os tecidos do macro-organismo.
- Enzimas periplasmáticas localizam-se no espaço periplasmático e participam do transporte de substâncias para o interior da célula.
O conjunto de enzimas (espetro enzimático) é rigidamente determinado para cada família, gênero e espécie. Ao identificar este espetro por meio de semeadura em meios diferenciais-diagnósticos, os microbiologistas realizam a identificação das bactérias.
Catabolismo de carboidratos: da glicose ao piruvato
As etapas iniciais da oxidação de hexoses são universais tanto para o tipo de metabolismo oxidativo quanto para o fermentativo. A reação inicial é a fosforilação da glicose a glicose-6-fosfato. Em seguida, as bactérias utilizam uma de três vias para converter o substrato em piruvato:
- Via glicolítica (Embden-Meyerhof-Parnas): a variante clássica de degradação através da frutose-1,6-bifosfato.
- Via das pentoses fosfato: necessária para a preparação de metabólitos para a biossíntese (aminoácidos, ácidos nucleicos) e síntese de NADPH reduzido. Raramente é a única via, mas ocorre em bactérias sem enzimas da glicólise (por exemplo, Lactobacillus brevis).
- Via de Entner-Doudoroff: ocorre através da formação do ácido 2-ceto-3-desidro-6-fosfoglicônico. É característica apenas de bactérias que não possuem a enzima fosfofrutoquinase (por exemplo, microrganismos do gênero Pseudomonas).
Ciclo do ácido tricarboxílico e respiração
O piruvato resultante é convertido em acetil-coenzima A, que entra no ciclo do ácido tricarboxílico (CAT). Este ciclo é anfibólico (desempenha dupla função):
- Catabólica: oxidação completa de substâncias a dióxido de carbono com liberação de hidrogênio para transportadores (NAD).
- Anabólica: produtos intermediários (oxaloacetato, alfa-cetoglutarato) são utilizados na síntese de aminoácidos, gorduras e nucleotídeos de pirimidina.
Nas bactérias com metabolismo oxidativo, os elétrons são enviados para a cadeia respiratória na membrana citoplasmática. A cadeia envolve 4 classes de transportadores: NAD, flavoproteínas, quinonas (em vez de ubiquinonas podem ser naftoquinonas) e citocromos.
O transporte de prótons para o exterior cria um gradiente eletroquímico, cuja energia é gasta na síntese de ATP (acoplamento quimiosmótico). O aceptor final é o oxigênio molecular, para o qual os elétrons são transferidos pela citocromo c oxidase (complexo de citocromos $a + a_3$) através da alteração da valência do ferro. Se não houver citocromos, o transporte é realizado por flavoproteínas e, em vez de água, forma-se peróxido de hidrogênio.
Proteínas como fonte de energia
As bactérias são capazes de utilizar proteínas para obter energia. O processo ocorre em várias etapas:
- Exoenzimas proteolíticas extracelulares quebram as proteínas em peptídeos.
- Os peptídeos são transportados para o interior da célula.
- Peptidases intracelulares degradam-nos em aminoácidos.
O principal processo energético para as bactérias amonificantes é a desaminação oxidativa. O aminoácido decompõe-se com a liberação de amônia e a formação de um cetoácido, que entra no CAT. A decomposição profunda da matéria orgânica (mineralização da proteína) é chamada de putrefação. É acompanhada pela formação de aminas primárias de odor desagradável, sulfeto de hidrogênio e dióxido de carbono. Os representantes da microflora putrefativa incluem espécies dos gêneros Proteus, Pseudomonas, Bacillus cereus.
Resumo: perguntas e respostas sobre o tema
Quais são as 6 classes de enzimas identificadas na classificação?
Na classificação baseada no tipo de reação catalisada, distinguem-se 6 classes padrão de enzimas.
- Oxirredutases — catalisam reações de oxirredução (transferência de elétrons).
- Transferases — realizam a transferência de grupos funcionais de uma substância para outra.
- Hidrolases — catalisam a hidrólise (degradação de substâncias orgânicas complexas em simples por adição de água).
- Liases — realizam a adição ou remoção não hidrolítica de grupos funcionais (quebra de ligações por via não hidrolítica).
- Isomerases — catalisam reações de isomerização (movimentação de grupos dentro da mesma molécula).
- Ligases (sintetases) — catalisam reações de síntese (ligação) utilizando energia de ATP.
Questões de aulas e exames
Onde está localizada a cadeia respiratória nas bactérias?
O processo ocorre na membrana citoplasmática e em estruturas de membranas intracelulares (seus derivados), uma vez que as bactérias carecem de mitocôndrias.
Qual é a diferença entre o metabolismo oxidativo e o fermentativo?
No metabolismo oxidativo (respiração), o substrato é totalmente oxidado no CAT a dióxido de carbono e água, com um alto rendimento de ATP. Na fermentação, a oxidação é incompleta, o rendimento de energia é menor e os produtos finais são ácidos, álcoois e gases.
Para que servem as exoenzimas para as bactérias?
Elas hidrolisam macromoléculas grandes no ambiente em monômeros e dímeros que podem atravessar a parede celular. Em patógenos, também atuam como fatores de agressão, destruindo os tecidos do hospedeiro.
O que mais estudar sobre o tema
- Características da via de Entner-Doudoroff em bactérias não fermentadoras
- A relação dos produtos intermediários do CAT com a síntese de nucleotídeos de pirimidina
- O quimismo da ação da citocromo c oxidase e a transferência de elétrons para o oxigênio
- Vias respiratórias alternativas sem a participação de citocromos
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