Bactérias e Cianobactérias Fixadoras de Nitrogênio

Disciplina: Microbiologia
Bactérias e Cianobactérias
Fixadoras de Nitrogênio
Prof.: Juliana Calábria
Alunas: Pâmella Kelley Silva
Carolina Oliveira Soares
Ellen Barbosa de Brito
MORFOLOGIA
As bactérias são unicelulares e têm célula procariótica. As células procarióticas
são mais simples que as eucarióticas, sem núcleo nem compartimentos
membranosos no citoplasma; O material genético da célula procariótica está em
contato direto com o fluido que preenche a célula, o citosol.
A forma das cianobactérias variam: algumas espécies apresentam células
isoladas; outras têm células agrupadas em filamentos lineares, ou reunidas
em duplas ou quartetos e envoltas por uma cápsula gelatinosa.
Desenho esquemático ilustrando a estrutura de uma cianobactéria.
Observar o nucleóide central envolto por camadas concêntricas de
membranas do sistema fotossintético.
Fixação do Nitrogênio
A atmosfera é rica em nitrogênio (78%) e somente um grupo seleto de
organismos consegue utilizar esse nitrogênio gasoso. Grande parte do
nitrogênio existente nos organismos vivos não é obtido diretamente da
atmosfera, uma vez que a principal forma de nutriente para os produtores
são os nitratos (NO3). Os nitratos são frutos da decomposição de matéria
orgânica, na qual o nitrogênio do protoplasma é quebrado em uma série de
compostos orgânicos e inorgânicos por bactérias com funções
especializadas em cada parte do processo ou podem ser obtidos por meio
de bactérias fixadoras de nitrogênio e das descargas elétricas que ocorrem
na atmosfera.
Muitas espécies de cianobactérias são capazes de absorver o gás nitrogênio
(N2) do ambiente, produzindo a partir dele íons amônio (NH4), utilizados na
síntese de compostos orgânicos.
A fixação de nitrogênio é geralmente realizada por células especializadas do
agrupamento bacteriano, denominadas heterocistos.
A bactéria que fixa o nitrogênio possui nitrogenase, um complexo de duas
enzimas – uma proteína contendo ferro e outra contendo molibdênio. Juntas,
essas duas enzimas catalisam a seguinte reação:
N2 + 6H+ + 6e+ + 12 ATP _enzima (nitrogenase)______ > 2NH3 + 12ADP +12Pi
Nitrogênio
atmosférico
Amônia
fosfato
A amônia geralmente produzida na forma de íon amônio, NH4+, que é formado
quando a amônia se dissolve na água:
NH3 + H2O
NH4+ + OH-
A reação catalisada pela nitrogenase requer não somente uma fonte de elétrons
para reproduzir N2 em NH3 como também grande quantidade de energia na
forma de ATP. Além do mais, a nitrogenase é facilmente inativada pelo oxigênio.
Algumas Bactérias fixadoras de nitrogênio são anaeróbias e normalmente vivem
em ambientes livres de oxigênio. Entretanto, outras são aeróbias e utilizam
vários meios para manter o oxigênio distante da nitrogenase no interior de suas
células. Por exemplo um Azotobacter respira tão rápido ( reduz o oxigênio à
água rapidamente) na superfície celular que o interior da célula permanece livre
de oxigênio. Por outro lado, a Derxia Gummosa, que fixa o nitrogênio
aerobicamente, tem um índice normal de respiração, mas produz uma espessa
cápsula que envolve a célula. Esta cápsula permite a lenta difusão do oxigênio
do ar para as células.
As bactérias fixadoras de nitrogênio podem ser classificadas como fixadoras de
nitrogênio não simbióticas que vivem livre e independente no solo,ou fixadoras
de nitrogênio simbióticas, que fixam o nitrogênio somente quando estão
associadas a certas plantas.
Amonificação
A amonificação é realizada por bactérias e fungos e, consiste na liberação de
amônia no processo de decomposição microbiana, a qual resulta na quebra
hidrolítica de proteínas em aminoácidos. No processo de desaminação os
grupamentos amina dos aminoácidos são removidos e convertidos em amônia.
A liberação de enzimas proteolíticas extracelulares que decompõem as proteínas
ocorre através do crescimento microbiano; os micróbios participam de mais este
importante processo do ciclo do nitrogênio, do qual resultam os aminoácidos que
são transportados para as células microbianas, onde a amonificação ocorre.
Nitrificação
Bactérias autotróficas nitrificadoras vivem no solo, como as dos gêneros
Nitrossomonas e Nitrobacter. Estes micróbios obtêm energia através da
oxidação da amônia ou nitrito. O ciclo do nitrogênio é composto por uma
serie de etapas, estando os microorganismos presentes de maneira
substancial.
No primeiro estágio, chamado de nitrificação nitrosa, bactérias do gênero
Nitrossomonas oxida amônia a nitrito. Num segundo estágio, nitrificação
nítrica, Nitrobacter oxida nitritos a nitratos.
Bactérias que fertilizam o solo
As bactérias do gênero Rhizobium, capazes de fixar nitrogênio diretamente
do ar, mantêm relação de estreita cooperação com planta da família das
leguminosas. Estas possuem, em suas raízes, nódulos cujas células são
repletas de bactérias Rhizobium, que captam gás nitrogênio (N2) do ar e com
ele produzem compostos nitrogenados. Esses compostos produzidos pelas
bactérias fixadoras de nitrogênio são compartilhado pela planta hospedeira.
Em troca, a planta leguminosa fornece açucares e outros compostos
orgânicos às suas hospedes bactérias.
Os compostos nitrogenados produzidos pela bactérias dos nódulos das
leguminosas fertilizam o solo, favorecendo também plantas não-leguminosas.
Por isso, certos agricultores alternam o plantio de espécies não-leguminosas
(milho, por exemplos) com leguminosas (como o feijão ou a soja), método
conhecido como rotação de culturas. Pode se também plantar leguminosa e
não-leguminosas simultaneamente, em fileiras alternadas, método conhecido
como plantação consorciada. Há agricultores ainda que plantam
leguminosas e depois da colheita deixam as plantas apodrecer no campo,
como preparação do solo para uma próxima cultura de não-leguminosas;
esse método é chamado adubação verde.
Bactérias encontradas em grande número na rizosfera, onde o solo
e as raízes entram em contato.
Ciclo do Nitrogênio
O nitrogênio é um elemento indispensável para os seres vivos, fazendo parte
das moléculas de aminoácidos, proteínas, ácidos nucléicos. Acontece que
embora esteja presente em grande quantidade no ar , constituindo o gás
nitrogênio (N2), poucos seres vivos o assimilam nessa forma. Apenas algumas
bactérias, principalmente as cianobactérias, conseguem captar o N2, utilizando-o
na síntese de moléculas orgânicas nitrogenadas. Essas bactérias são chamadas
fixadoras de nitrogênio.
Os microorganismos fixadores de nitrogênio, quando morrem, liberam no solo
nitrogênio sob a forma de amônia (NH2). As bactérias do gênero Nitrosomonas
transformam essa substância em nitritos (HNO2), obtendo energia no processo.
O nitrito (tóxico para as plantas) é transformado pelas bactérias do gênero
Nitrobacter em nitratos (HNO3). O nitrato é a fonte de nitrogênio mais
aproveitada.
Na fixação, entram as bactérias fixadoras de nitrogênio, entre elas as do gênero
Rhizobium, que vivem em nódulos de raízes de leguminosas, que inclui o feijão,
a soja, etc. Essa bactérias fixam o nitrogênio do ar e fornecem parte dele à
planta hospedeira. Esta, oferece abrigo e substâncias que as bactérias
necessitam. É um exemplo de mutualismo.
A devolução do nitrogênio à atmosfera é feita pela ação das bactérias
denitrificantes. Elas transformam os nitratos do solo em gás nitrogênio, que volta
à atmosfera, fechando o ciclo.
Bactéria gênero/espécie
- Azobacter chroococcum
Beijerinckia indica
Derxia gummosa
Características fisiológicas
Heterotrófico
aeróbio
-
Cianobácterias
Fotossintético
Aeróbio
-
Clostridium sp.
Desulfovibrio sp.
Heterotrófico
Anaeróbio
Fotossintético
Anaeróbios
Chromatium vinosum
Chiorobium
Thiosulfatotophilum
Rhodospririlum rubum
Rhodomicrobium Vannielii
-
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
TORTORA, GERARD J. et al. Microbiologia. 6. ed. Porto Alegre: Artmed,
2000.
STANIER. R.Y. et al. Mundo Microbiano. Edgard Blücher: São Paulo,
1969.
Microbiologia, conceitos e aplicações- volume II Cap. 28
Portal São Francisco. <acesso em: 07/07/2009 <disponível em:
http://www.portalsaofrancisco.com.br
AMABIS, José Mariano; MARTHO, Gilberto Rodrigues. Biologia: Biologia
dos Organismos. 2 ed. São Paulo: Moderna, 2004. Vol 2. 610 p.