Metabolismo Quimiolitotrófico em Procariotos

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METABOLISMO QUIMIOLITOTRÓFICO 
 
 
• Capacidade de alguns procariotos de utilizar compostos inorgânicos 
como fonte de elétrons 
• São autotróficos (maioria) 
• Obtenção de ATP: oxidação do doador inorgânico de elétrons 
• Poder redutor: direto da oxidação do composto inorgânico ou via 
transporte reverso de elétrons 
• Doadores inorgânicos de elétrons: natureza geológica, biológica ou 
antropogênica 
• Geológicos: H2S (atividade vulcânica) 
• Antropogênicos: NO2- e Fe2+ (mineração) 
• Biológicos: H2S, H2, NH3 (biodegradação) 
• Aceptor de elétrons: O2 ou outros compostos 
 
1. Oxidação de hidrogênio 
 
• O gás hidrogênio (H2) é um produto comum do metabolismo microbiano 
• Bactérias aeróbios ou anaeróbios 
• Em aeróbicos, há formação de água no final 
• 2 hidrogenases: transmembranar (síntese de ATP) e citossólica (síntese 
de NADH) 
 
 
 
 
 
 
 
 
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• Ralstonia eutropha – além de oxidar hidrogênio, oxida açúcares! 
(metabolismo misto) 
 
Exemplos de doadores de elétrons 
 
• Amonio (NH4+) � Nitrito (NO2-) Nitrosomonas 
• Nitrito � nitrato (NO32-) Nitrobacter 
• Sulfeto de hidrogenio (H2S) � Enxofre (S0) Thiobacillus, Beggiatoa, 
Thiomargarita 
• Enxofre �sulfato (SO42-) Thiobacillus 
• Hidrogenio (H2) �água Alcaligenes 
 
 
 
2. Oxidação de compostos sulfurados reduzidos 
 
• Metabolismo descoberto por Winogradsky – bactérias sulfurosas 
incolores (não produzem pigmentos fotossintéticos) 
• Compostos: H2S, S0 e S2O32- (tiosulfato) 
• Produto final de oxidação: SO42- 
• A oxidação de H2S ocorre com formação intermediária de S0, e por isso, 
algumas bactérias oxidantes de enxofre apresentam grânulos de enxofre 
elementar em seu citoplasma (reserva de energia) 
 
• Um dos produtos da oxidação do enxofre é o H+ � intensa acidificação 
do meio 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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3. Oxidação do Ferro 
 
• Poucas bactérias utilizam, devido ao baixo rendimento energético (NOX 
< que do S) 
• Necessidade de oxidação de quantidades exorbitantes de ferro 
• Produção de hidróxido férrico (cor alaranjada) insolúvel 
• As bactérias são acidófilas obrigatórias (estabilidade do ferro ferroso em 
pH ácido) 
• Espécies: Thiobacillus ferrooxidans e Leptospirillum ferrooxidans, muito 
encontrados em escoadouros de minas de carvão (!) 
 
 
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• Oxidação de ferro ferroso por bactérias fotossintéticas anoxigênicas 
– Algumas bactérias púrpuras ou verdes sulfurosas utilizam o ferro 
ferrosos como doador de elétrons para os fotossistemas. 
• A descoberta de bactérias oxidantes de ferro foi importante na 
elucidação da origem dos depósitos de ferro férrico primitivos 
• Fixação de CO2 – Ciclo de Calvin 
 
4. Oxidação de compostos nitrogenados 
 
• Organismos aeróbios estritos 
• Utilização de NH3 e NO2- como doadores de elétrons, e geração de NO3- 
• Gêneros: Nitrosomonas e Nitrobacter – organismos sintróficos 
• Nitrosificação: formação de nitrito (Nitrosomonas) 
• Nitrificação: formação de nitrato (Nitrobacter) 
• ATP: força próton-motora 
• NADH: fluxo reverso de elétrons 
• Fixação de CO2: Ciclo de Calvin (algumas possuem metabolismo duplo: 
oxidação de carboidratos) 
 
 
 
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� Nitrosificação 
 
� Nitrificação 
 
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� Anamox 
 
• Anoxic Ammonia Oxidation 
• Altamente exergônico 
• Ocorre em compartimento especial (anamoxossoma) 
• Principal espécie: Brocardia anammoxidans 
• Encontradas em habitats ricos em amônia (água de esgoto, rejeitos), 
convivendo com bactérias nitrificantes (coexistência: zonas óxica e 
anóxica) 
• Uso de NO2- como aceptor de elétrons, ao invés do O2 
• Reação de oxidação 
NH4+ + NO2- � N2 + 2H2O 
• O sistema de transporte é similar as bactérias nitrificantes 
• Importante papel no ciclo do Nitrogênio � Produção do gás nitrogênio 
na forma elementar 
• Fixação de CO2 � desconhecido (ausência da enzima RubisCO – Ciclo 
de Calvin) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Fixação de aprendizagem: 
1) Quais as duas finalidades da utilização dos compostos inorgânicos como 
doadores de elétrons? 
2) Como é feito a síntese de biomoléculas nos organismos 
quimiolitotróficos? 
3) Qual enzima especial é necessária ao crescimento em H2? Onde é 
encontrada, e quais suas funções? 
4) Porque algumas bactérias oxidantes de sulfeto possuem grânulos de 
enxofre elementar em seu citoplasma? 
5) Coloque em ordem de rendimento energético as seguintes formas 
reduzidas: sulfeto, enxofre elementar e tiossulfato. 
6) O que você espera encontrar em um lago contendo bactérias oxidantes 
de ferro: grandes biofilmes bacterianos ou uma quantidade enorme de 
hidróxido férrico? Justifique sua resposta. 
7) Qual a função da enzima rusticianina, e onde a encontramos nas 
células? 
8) Porque é necessária a coexistência dos gêneros Nitrosomonas e 
Nitrobacter para oxidação da amônia em nitrato? 
9) Qual a importância da bactéria Brocardia anammoxidans para o ciclo do 
nitrogênio? Como se chama o processo de oxidação da amônia nesta 
bactéria?