Meccanismi di produzione energia dei batteri: Appunti di Microbiologia

Sintesi di ATP (ATP sintasi)

Confronto tra resa energetica di fermentazione e respirazione

Completamento con ossidazione del glucosio: Glucosio + 4 NADH + FAD = 6 O₂ + 4 NADH + FADH

ATP dalla ossidazione di glucosio a CO₂:

• Dalla glicolisi a livello di substrato: 2
• Dalla ossidazione di NADH: 6
• Dalla ossidazione del piruvato: 2 x 15 3036 molecole di ATP

Fermentazione omolattica -> efficienza 32%: 2 ATP formati. Glucosio -> 2 lattato.

Fermentazione alcolica -> efficienza 27%: 2 ATP formati. Glucosio -> 2 etanolo + CO₂.

Respirazione -> efficienza 42%: 38 ATP formati. Glucosio + 6 O₂ -> 6 CO₂ + 6 H₂O.

Nei due tipi di respirazione il processo è identico, ciò che cambia è l’accettore finale.

Per un microrganismo è più vantaggiosa la respirazione aerobica poiché viene generata una differenza di pH che potrà generare più energia per sintetizzare ATP.

Riduzione chemiomotiva del nitrito

L’enzima che opera la riduzione si trova nella membrana.

Il nitrato è usato come accettore di elettroni ed è ridotto a nitrito.

Se il composto che viene ossidato non è H₂, non può essere ossidato NADH, quindi il potere riducente deve essere ottenuto in altri modi.

Il gradiente di elettroni

Nel gradiente del substrato di elettroni, il ΔE è sempre sufficiente per generare il potenziale elettrochimico e la FMP per produrre ATP.

I batteri ammonio-ossidanti sono tipicamente batteri gram -.

Nei batteri chemio-litotrofi, gli elettroni scorrono su verso nella catena di trasporto, generano energia che i batteri utilizzano per sintetizzare.

Ciò che cambia con gli altri batteri è il substrato che ossidano.

Gli elettroni entrano nella catena di trasporto. L’energia prodotta viene utilizzata in parte per produrre ATP, in parte per altre attività.

Sintesi di ATP (ATP sintasi)

Confronto tra resa energetica di fermentazione e respirazione

Semplicemente ossidazione del glucosio. Glucosio + 4 NADH + FAD → 6CO₂ + 4 NADH + FADH.

ATP dall'ossidazione di glucosio a CO₂:

• Dalla glicolisi, a livello di substrato 2
• Dall'ossidazione di NADH 6
• Dall'ossidazione del piruvato 2 x 15 3038 molecole di ATP

Fermentazione omolattica → efficienza 32% → 2 ATP formati. Glucosio → 2 lattato.

Fermentazione alcolica → efficienza 27% → 2 ATP formati. Glucosio → 2 etanolo + CO₂.

Respirazione → efficienza 42% → 38 ATP formati. Glucosio + 6 O₂ → 6CO₂ + 6H₂O.

Nei due tipi di respirazione il processo è identico, ciò che cambia è l'accettore finale. Non tutti i microrganismi traggono vantaggio dalla respirazione aerobia perché viene generata una forza di FMP che potrà dar aver più energia per sintetizzare ATP.

Respirazione classica nitrativa dei nitrati

L'enzima che opera la riduzione si trova nella membrana. Il nitrato è usato come accettore di elettroni ed è ridotto a nitrito.

Se il composto che viene ossidato non è H₂, non può più essere prodotto NADH, quindi il potere riducente deve essere intercettato in altri modi.

Nel trasportatore del substrato di elettroni, il ΔE è sempre sufficiente per generare potenziale elettrochimico e la FMP per produrre ATP.

I batteri ammonio-ossidanti sono tipicamente batteri gram -. Nei batteri chemilitotrofici gli elettroni vengono inviati nella catena di trasporto, i vettori trasporto elettroni generano FMP, questa energia che i batteri utilizzano per sintetizzare ATP.

Ciò che cambia con gli altri batteri è il donatore di elettroni. Si parte da ammonio e da nitro, elettroni entrano nella catena di trasporto, l'energia prodotta viene utilizzata in parte per produrre ATP e in parte per il caso degli idrogenobatteri.

Il caso degli idrogenobatteri

Possono ridurre il NAD₊ direttamente a patto che ci siano degli enzimi (idrogenasi).

A seconda di quale idrogenasi riceve, gli elettroni vengono eventi diversi. Una idrogenasi permette di produrre ATP, l'altra, solubile, riduce direttamente il NAD₊.

L'idrogenasi solubile è esclusiva degli idrogenobatteri. Alcuni idrogenobatteri non hanno l'idrogenasi solubile.

Negli altri batteri chemilitotrofi parte dell'energia viene utilizzata per generare un flusso inverso di elettroni che servono per andare a ridurre il NAD₊.

Zolfo ossidanti

Il flusso inverso è più breve se si utilizza S⁰ piuttosto che utilizzare ZandS⁰.

Ferro ossidanti

Per ricevere gli elettroni è utilizzata la rustocianina (proteina). Il ferro in ambiente anaerobico o neutro si ossida spontaneamente.

In tutti questi casi l'accettore terminale è O