Metabolismo Bacteriano—Aeróbio e Anaeróbio

O metabolismo energético bacteriano é o conjunto de vias pelas quais as bactérias extraem energia dos nutrientes e a conservam como ATP e força motriz de prótons. As bactérias são metabolicamente diversas: algumas requerem oxigênio como aceptor terminal de elétrons (respiração aeróbia), outras usam aceptores alternativos ou nenhum (respiração anaeróbia e fermentação), e muitas podem alternar entre os modos dependendo da disponibilidade de oxigênio.

Definition

O metabolismo bacteriano engloba as reações catabólicas e anabólicas das células bacterianas; o metabolismo aeróbio usa oxigênio como aceptor terminal de elétrons, enquanto o metabolismo anaeróbio conserva energia sem oxigênio, seja através da respiração em aceptores alternativos ou através da fermentação.

Scope

Este tópico abrange as principais estratégias de produção de energia das bactérias—respiração aeróbia, respiração anaeróbia com aceptores de elétrons alternativos e fermentação—juntamente com a classificação das bactérias pela sua relação com o oxigênio e a regulação que permite às células selecionar a via mais favorável. É um tópico de referência em fisiologia microbiana e não fornece orientação clínica.

Core questions

• Como as bactérias conservam energia através da respiração e da fermentação?
• O que distingue a respiração aeróbia da anaeróbia?
• Como as bactérias são classificadas pela sua relação com o oxigênio?
• Como as células regulam qual via energética utilizam?

Key concepts

• Respiração versus fermentação
• Aceptores terminais de elétrons (oxigênio, nitrato, sulfato, fumarato)
• Cadeia de transporte de elétrons e a força motriz de prótons
• Aeróbios obrigatórios, anaeróbios obrigatórios, anaeróbios facultativos e microaerófilos
• Repressão catabólica por carbono
• Controle redox da expressão gênica

Mechanisms

Na respiração, os elétrons de um doador passam por uma cadeia de transporte de elétrons até um aceptor terminal, gerando uma força motriz de prótons que impulsiona a síntese de ATP; a respiração aeróbia usa oxigênio, enquanto a respiração anaeróbia usa aceptores como nitrato, sulfato ou fumarato (Madigan et al., 2018; White et al., 2017). Na fermentação, nenhum aceptor de elétrons externo é usado e o ATP é gerado por fosforilação em nível de substrato, com moléculas orgânicas servindo como sumidouros internos de elétrons. As bactérias detectam o oxigênio e o estado redox e ajustam a expressão gênica de acordo (Bauer et al., 1999), e consomem preferencialmente a fonte de carbono mais favorável através da repressão catabólica por carbono (Görke & Stülke, 2008).

Clinical relevance

A necessidade de oxigênio de uma bactéria ajuda a explicar onde no corpo ela cresce e como é recuperada em laboratório, e o metabolismo anaeróbio é característico de organismos encontrados em locais com pouco oxigênio. Os produtos da fermentação também são usados para distinguir bactérias na identificação diagnóstica. Este tópico descreve esses princípios metabólicos para compreensão e não é uma base para decisões de tratamento.

History

O reconhecimento de que as bactérias podem viver com ou sem oxigênio remonta aos estudos de fermentação de Louis Pasteur no século XIX e à sua distinção entre vida aeróbia e anaeróbia. O século XX esclareceu a base quimiosmótica da conservação de energia e a diversidade de aceptores terminais de elétrons usados pelas bactérias, e trabalhos posteriores detalharam como as células detectam o oxigênio e o estado redox para regular seu metabolismo (Bauer et al., 1999) e como priorizam nutrientes através da repressão catabólica (Görke & Stülke, 2008).

Key figures

• Carl Bauer
• Boris Görke
• Jörg Stülke

Seminal works

• bauer-1999
• gorke-stulke-2008

Frequently asked questions

Qual é a diferença entre respiração aeróbia e anaeróbia em bactérias?

Ambas utilizam uma cadeia de transporte de elétrons para conservar energia, mas a respiração aeróbia usa oxigênio como aceptor final de elétrons, enquanto a respiração anaeróbia usa aceptores alternativos como nitrato, sulfato ou fumarato.

Como a fermentação difere da respiração?

A fermentação gera ATP por fosforilação em nível de substrato sem um aceptor de elétrons externo ou cadeia de transporte de elétrons, usando moléculas orgânicas como sumidouros internos de elétrons, portanto, produz muito menos energia do que a respiração.