O metabolismo microbiano refere-se aos diversos processos bioquímicos que os microrganismos usam para obter energia, sintetizar componentes celulares e manter a viabilidade. Bactérias e arqueias exibem extraordinária diversidade metabólica, superando em muito a de plantas e animais.
Fontes de Energia e Classificação
Os microrganismos são classificados por suas fontes de energia e carbono. Fototróficos, como cianobactérias e bactérias púrpuras sulfurosas, usam energia luminosa para realizar fotossíntese. Quimiotróficos obtêm energia de compostos químicos: quimiolitotróficos oxidam compostos inorgânicos (H₂, H₂S, NH₃, Fe²⁺), enquanto quimioorganotróficos oxidam compostos orgânicos (glicose, ácidos graxos, aminoácidos). Autotróficos usam CO₂ como fonte de carbono (ex.: cianobactérias, bactérias nitrificantes), enquanto heterotróficos requerem fontes orgânicas de carbono (ex.: E. coli, Bacillus, a maioria dos patógenos).
Respiração Aeróbica
A glicólise (via de Embden-Meyerhof-Parnas) converte glicose (6C) em duas moléculas de piruvato (3C), produzindo 2 ATP e 2 NADH por glicose. O ciclo do ácido cítrico (ciclo de Krebs, ciclo TCA) oxida acetil-CoA a CO₂, produzindo NADH, FADH₂ e GTP. A cadeia de transporte de elétrons (ETC), localizada na membrana citoplasmática, oxida NADH e FADH₂ à medida que os elétrons passam pelos complexos I-IV com O₂ servindo como aceptor final de elétrons; o ATP é gerado via fosforilação oxidativa através da força próton-motriz que impulsiona a ATP sintase.
Metabolismo Anaeróbico
Na respiração anaeróbica, aceptores de elétrons alternativos são usados como nitrato (NO₃⁻ → NO₂⁻ → N₂), sulfato (SO₄²⁻ → H₂S) ou carbonato (CO₂ → CH₄), comumente encontrados em bactérias desnitrificantes, redutoras de sulfato e metanogênicas. A fermentação usa compostos orgânicos como doadores e aceptores de elétrons, sem ETC ou fosforilação oxidativa; o ATP é produzido apenas por fosforilação em nível de substrato. Vias de fermentação comuns incluem homolática (Lactobacillus, Streptococcus → ácido lático), alcoólica (levedura → etanol + CO₂), mista (E. coli → ácido lático, ácido acético, etanol, CO₂, H₂) e butanodiólica (Enterobacter). Os produtos finais da fermentação são usados industrialmente para produzir iogurte, queijo, pão, cerveja, vinho e biocombustíveis.
Metabolismo do Nitrogênio
A fixação de nitrogênio, a conversão de N₂ em NH₃ pelo complexo enzimático nitrogenase, é realizada por Azotobacter, Rhizobium (simbiótico com leguminosas) e cianobactérias. A nitrificação envolve a oxidação de NH₃ a NO₂⁻ (Nitrosomonas) e NO₂⁻ a NO₃⁻ (Nitrobacter). A desnitrificação é a redução de NO₃⁻ a N₂ gasoso em condições anaeróbicas (Pseudomonas, Paracoccus). A redução assimilatória de nitrato converte NO₃⁻ em NH₃ para biossíntese de aminoácidos e nucleotídeos.
Regulação Metabólica
A repressão catabólica garante que a glicose, como fonte de carbono preferencial, reprima genes para metabolizar açúcares alternativos (ex.: o operon lac em E. coli). A inibição por feedback previne a superprodução, pois os produtos finais das vias biossintéticas inibem a primeira enzima na via. Sistemas reguladores de dois componentes (ex.: EnvZ/OmpR) detectam mudanças ambientais e ajustam a expressão gênica de acordo.
