Giovanni Di Bonaventura, Ph.D., B.Sc. Università di Chieti-Pescara



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Giovanni Di Bonaventura, Ph.D., B.Sc. Università di Chieti-Pescara

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Produzione di Energia: sintesi di ATP ATP: principaleforma dienergiapotenzialeper la cellula Sintesi di ATP: fosforilazione Fosforilazione a livello del substrato un composto metabolico intermedio fosforilato dona il P a ADP; fermentazione; scarsaefficienza(ancestrale) Fosforilazione ossidativa(chemiosmosi) Trasportodie-daun substratoad un accettore esterno mediante una catena di trasporto elettronica(membrana cellulare) Respirazione; complesso ed efficiente(evoluto) Fotofosforilazione e-(luce) formanoun gradienteprotonicoattraversola membrana dei cloroplasti. I protoni si muovono secondogradienteattraversola membranaper produrre ATP

Processi che generano energia: Metabolismo del glucosio Il glucosio viene degradato per produzione di energia o di altri substrati intermedi (utilizzabili). I batteri utilizzano tre vie metaboliche principali per il catabolismo del glucosio: Via glicolitica(via di Embden-Meyerhof-Parnas) Via fermentativa Ciclo degli acidi tricarbossilici (Ciclo di Krebs) Respirazione aerobia/anaerobia: glicolisi + Krebs Fermentazione: glicolisi + fermentazione

Via glicolitica (Embden-Meyerhof-Parnas) 1 molecola di glucosio (6C) viene ossidata formando 2 molecole di acido piruvico (3C). Produzione di ATP mediante fosforilazione a livello del substrato. Produce: 4 ATP + 2 NADH Utilizzo di 2 ATP nelle fasi iniziali. Energia associata a NADH viene dissipata come calore. Resa energetica netta: 2 ATP + 2 NADH

Produzione di ATP: fosforilazione a livello del substrato 3-fosfoglicerolo fosfato 2-fosfoenolpiruvato 3-fosfoglicerato acido 2-piruvico Reazioni appartenenti alla via glicolitica. attraverso questo meccanismo viene prodotta soltanto ATP durante la fermentazione. Sintesi di ATP sufficiente per la crescita microbica.

Respirazione batterica (aerobia/anaerobia) In presenza di O2, il piruvato viene completamente mineralizzato a H 2 O e CO 2 mediante il ciclo dell acido tricarbossilico (TCA o ciclo di Krebs). Produzione di potere riducente (NADH, FADH 2 ) e ATP (fosforilazione ox). La respirazione si articola in 4 fasi distinte: 1. Glicolisi (1 x glucosio = 2 x piruvato) 2. Reazione di Transizione Produce acetil-coa che entra nel ciclo di Krebs 3. Ciclo di Krebs (ciclo acidi tricarbossilici, TCA) Produce metaboliti precursori di vie anaboliche 4. Trasporto elettronico/chemiosmosi I carriers elettronici (potere riducente) trasferiscono i loro e - alla catena di trasporto elettronico che genera un gradiente protonico o forza protonica motrice (PMF) Respirazione aerobia:o 2 accettore finale di e - (con produzione di H 2 O) Respirazione anaerobia: NO 3- oppure SO 4 2- quali accettori finali e - (con produzione di N 2 e H 2 S, rispettivamente)

Ciclo di Krebs (ciclo degli acidi tricarbossilici, ciclo acido citrico)

Respirazione: Sintesi di ATP (teoria chemiosmotica) Produzione di PMF: L energia che deriva dal trasferimento di e - durante le reazioni redoxabilita i carriersa pompare H + verso l esterno attraverso la membrana. L aumento della [H + ] su di un lato della membrana, genera un gradiente elettrochimico (forza protonica motrice, PMF). PMF usata anche per trasporto attivo e rotazione flagellare. Sintesi di ATP: seguendo il gradiente elettrochimico, i protonih + accumulati tornano indietro attraversando di nuovo la membrana a livello del complesso ATP sintetasi. Il rientro di H + fornisce energia utile per la sintesi di ATP a partire da ADP e fosfato.

Respirazione aerobia: resa energetica

Fermentazione Incompleta ossidazione di carboidrati (glucosio), aminoacidi od acidi grassi in assenza di O 2 (anaerobiosi): Donatore ed accettore organicidi e - donatore = glucosio principalmente, ma anche aminoacidi (Clostridium), purine, pirimidine, acidi organici. accettore = acido piruvico o suoi metaboliti Processo metabolico primitivo : 2 ATP / molecola di glucosio fermentata veloce, ma poco efficiente (vs respirazione) Prodotti: alcool etilico (lieviti, da glucosio) gas, acidi (batteri, da piruvato)

Tipologie di fermentazione e prodotti del metabolismo fermentativo del piruvato Fermentazionealcoolica. Produce alcooletilico+ CO 2 (lieviti) Fermentazione lattica. Produce acido lattico: Fermentazione omolattica: solo acido lattico(lactobacillus-yogurt) Fermentazioneeterolattica: acidolattico+ altriacidi+ gas (CO 2, H 2 ) Acido butirrico(burro rancido, Clostridium-gangrena) Acetoino(fermentazione di butanediolo in vibrioni ed Enterobatteri) Acido propionico(formaggio svizzero)

Respirazione vs Fermentazione

Vie alternative alla glicolisi: ossidazione del glucosio via dei pentoso-fosfati (shunt dell esoso monofosfato) batteri aerobi obbligati, aerobi-anaerobi facoltativi (Bacillus subtilis, Escherichia coli, Leuconostoc mesenteroides, Enterococcus faecalis) presente anche nelle cellule animali produce carboidrati peculiari (C5-C7) produce precursori di macromolecole (aminoacidi, nucleotidi). Trasformazione di Glucosio-6-P a piruvato via di Entner-Doudoroff dimostrata solo nei batteri aerobi obbligati (Rhizobium spp., Agrobacterium spp., Pseudomonas spp., Neisseria spp.)

Metabolismo & aerobiosi/anaerobiosi Batteri AEROBI OBBLIGATI Vivono solo in presenza di O 2 Respirazione aerobica Batteri AEROBI-ANAEROBI FACOLTATIVI Vivono in presenza/assenza di O 2 Respirazione aerobica Respirazione anaerobica Metabolismo fermentativo Esclusivamente fermentativi (streptococchi) Batteri ANAEROBI OBBLIGATI Vivono in assenza di O 2 Respirazione anaerobica Metabolismo fermentativo