O metabolismo microbiano refere-se aos diversos processos bioquímicos que os microrganismos utilizam para obter energia, sintetizar componentes celulares e manter a viabilidade. Bactérias e archaea exibem uma diversidade metabólica extraordinária, excedendo em muito a das plantas e animais.
Fontes de Energia e Classificação
Os microrganismos são classificados por suas fontes de energia e carbono. Os fototróficos, como as cianobactérias e as bactérias sulfurosas roxas, usam a energia luminosa para realizar a fotossíntese. Os quimiotróficos obtêm energia a partir de compostos químicos: os quimiolitotróficos oxidam compostos inorgânicos (H2, H2S, NH3, Fe2+), enquanto os quimioorganotróficos oxidam compostos orgânicos (glicose, ácidos graxos, aminoácidos). Os autotróficos usam CO2 como fonte de carbono (por exemplo, cianobactérias, bactérias nitrificantes), enquanto os heterótrofos requerem fontes de carbono orgânico (por exemplo, E. coli, Bacillus, a maioria dos patógenos).
Respiração Aeróbica
[Glicólise](/pt-br/guides/glicolysis.html) (via 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 em 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 por meio da fosforilação oxidativa por meio da força motriz do próton que impulsiona a ATP sintase.
Metabolismo Anaeróbico
Na respiração anaeróbica, aceitadores 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 utiliza compostos orgânicos como doadores e aceitadores de elétrons, sem ETC ou fosforilação oxidativa; O ATP é produzido exclusivamente por fosforilação em nível de substrato. As vias de fermentação comuns incluem homolática (Lactobacillus, Streptococcus → ácido láctico), alcoólica (levedura → etanol + CO2), ácido misto (E. coli → ácido láctico, ácido acético, etanol, CO2, H2) e butanodiol (Enterobacter). Os produtos finais da fermentação são utilizados industrialmente para a produção de 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 em NO2- (Nitrosomonas) e NO2- em NO3- (Nitrobacter). A desnitrificação é a redução do gás NO3 em N2 sob condições anaeróbicas (Pseudomonas, Paracoccus). A redução assimilatória de nitrato converte NO3- em NH3 para a biossíntese de aminoácidos e nucleotídeos.
Regulação Metabólica
A repressão catabólica garante que a glicose, como fonte preferida de carbono, reprime genes para metabolizar açúcares alternativos (por exemplo, o operon lac em E. coli). A inibição por feedback evita a superprodução, pois os produtos finais das vias biossintéticas inibem a primeira enzima da via. Sistemas reguladores de dois componentes (por exemplo, EnvZ/OmpR) detectam mudanças ambientais e ajustam a expressão genética de acordo.
