Bactérias fototróficaBactérias fototrófica : Púrpuras : Púrpuras sulfurosas e Púrpuras não sulfurosas e Púrpuras não sulfurosassulfurosas

Cristiene Gonçalves M.David Fernandes Deise Mariana PachecoPaloma Veloso Campos

Belo Horizonte

2009

Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais CEFET-MG

MORFOLOGIA MORFOLOGIA

Morfologia das bactérias púrpuras sulfurosas

Morfologia das bactérias púrpuras não sulfurosas

BACTÉRIA/ FORMAS E CARACTERISTICAS CLASSIFICASSÃO SEGUNDO Bergey´s Manual.

Beggiatoa Bactéria deslizante longa e filamentosa, não frutificante, quimiolitotrófica, não fotossintética,Gram negativa e aeróbica. Assemelham-se morfologicamente as cianobactérias, porém não éfotossintética. Utiliza a oxidação do H2S comofonte de energia, acumulando grânulos de enxofre no interior de seu citoplasma, e utiliza o CO2 comofonte de carbono

Bactéria deslizante oxidante de enxofre.(púrpura sulfurosa)

ThiobacillusBacilo Gram negativo, quimiolitotrófica, não fotossintética e aeróbica. Obtêm energia pelaoxidação do sulfeto de hidrogênio ou enxofre elementar, produzindo sulfato, e utiliza o CO2 como fonte de carbono.

Bactéria incolor oxidante do

enxofre.(púrpuras sulfurosas)

ChromatiumCoco ou bacilo Gram negativo, fotoautotrófica púrpura sulfurosa e anaeróbica. Possuidepósitos internos de enxofre. Obtêm energiapor meio de reações fotoquímicas e produz seus materiais celulares a partir do CO2 . Sua fotos-síntese difere da fotossíntese das plantas pornão gerar o oxigênio durante o processo. (fotossíntese anoxigênica).

Bactéria púrpura do enxofre(Púrpura sulfurosa)

Rhodopseudo-monas

Bacilo flagelado, Gram negativo, fotohete-rotrófica e microaerófila. Utiliza a luz como fonte de energia mas não podem converter o CO2 em açúcar.Utiliza compostos orgânicoscomo fonte de carbono.

Bactéria púrpura não relacionada ao enxofre.(púrpura não sulfurosas)

RhodospirillumEspiralada flagelada, Gram negativa, fotoheterotrófica e microaerófila. Utiliza aluz como fonte de energia mas não pode converter o CO2 em açúcar.Utiliza compostos orgânicos como fonte de carbono.

Bactéria púrpura não relacionada ao enxofre. (púrpura não sulfurosas)

DesulfovibrioVibrião. Anaeróbica obrigatória utiliza as formas oxidadas do enxofre, tais como sulfatos (SO4

2–) ou enxofre elementar (S0) como aceptor final de elétron. O produto desta reação é o sulfeto de hidrogênio.

Bactéria dissimilatória redutora do sulfato ou enxofre.

FISIOLOGIAFISIOLOGIA

As bactérias púrpuras fototróficas como aspúrpuras sulfurosas e não sulfurosas

possuem em adição à membrana citoplasmática um sistema intracitoplasmático de membrana (ICM). Os pigmentos dessas bactérias são incorporados a este sistema. A luz e a tensão de oxigênio regulam a formação da ICM

Esta é reduzida quando a tensão de

oxigênio é baixa, e possui um maior

desenvolvimento quando ocorre sob

condições anaeróbias.

As bactérias fototróficas anoxigênica

aeróbia, produzem bacterioclorofila

aa e pigmentos carotenóides

As bactérias púrpuras possuem estes pigmentos

fotossintetizantes localizados em organelas

designadas pela membrana intracitoplasmática,

sendo os principais pigmentos as

bacterioclorofilas a ou b, e os carotenóides da

série espiriloxantina e espiriloxantina alternativa

Estas evidenciam a incapacidade de utilização

da bacterioclorofila no crescimento anaeróbio

como o aspecto diferencial deste grupo de

microrganismo

Possuem motilidade, são encontradas em

ambientes aquáticos e podem ser subdivididas

em púrpuras sulfurosas e púrpuras não

sulfurosas de acordo com a habilidade ou

incapacidade de utilização do elemento enxofre

como doador de elétron, na assimilação

fototrófica do dióxido de carbono

As bactérias púrpuras e não púrpuras,

não são capazes de extrair elétrons da

molécula de água e muitas espécies

podem sobreviver somente em ambientes

com baixa concentração de oxigênio

Nas bactérias púrpuras fotossintéticas podem

apresentar empilhamentos laminares ou tufos de tubos

contínuos com a membrana plasmática

Critérios de classificação Critérios de classificação

Como critérios de classificação das bactérias

anoxigênicas fototróficas pode-se citar :

• hibridização do DNA_RNA,

• tipo de pigmentação,

• estruturas dos lipopolissacarídeos,

• a utilização dos substratos orgânicos,

• morfologia da membrana citoplasmática,

• composição do DNA,

• lipídeos e quinonas,

• assimilação de sulfato

As bactérias fotossintetizantes anoxigênicas são

sistematicamente encontradas em duas ordens e

em quatro famílias. A ordem Rhodospirillales

inclui as famílias Chromatiaceae (bactérias

púrpuras sulfurosas)

Rhodospirillaceae (bactérias púrpuras não

sulfurosas); a ordem Chlorobiales compreende

as famílias Chlorobiaceae (bactérias verdes

sulfurosas) e Chloroflexaceae (bactérias verdes

não sulfurosas)

As Bactérias Púrpuras Não Sulfurosas (BPNS)

compreendem o grupo mais diversificado das

bactérias púrpuras pela grande variedade

morfológica, diferenças na estrutura das

membra-nas e nos tipos de pigmentos

carotenóides, além

de apresentar uma interessante versatilidade

energética

Dentre as bactérias púrpuras, as

Chromatiaceae formam glóbulos de enxofre

intracelulares a partir de H2S, exceto

Ectothiorhodospira que o deposita

extracelularmente.

Intra ou extracelular, o enxofre é posteriormente

oxidado a sulfato. Nas Rhodospirillaceae, a

oxidação do H2S resulta em sulfato sem a

formação intermediária do enxofre elementar, e

é restrita a algumas espécies, como exemplo, a

bactéria Rhodopseudomonas palustris

As bactérias fotossintetizantes utilizam ainda,

como fonte de nitrogênio, os seguintes

compostos:

• nitrogênio amoniacal,

• nitratos,

• uréia,

• aminoácidos,

• peptonas,

• extrato de levedura,

sendo este último fonte de carbono

e também fator de crescimento

Os açúcares quase não são assimilados, exceto

aerobicamente no escuro; já os polissacarídeos e

os biopolímeros nunca são utilizados

Rhodospirillales (gênero que corresponde as Rhodospirillales (gênero que corresponde as Bactérias púrpuras sulfurosas e não Bactérias púrpuras sulfurosas e não sulfurosas)sulfurosas)

ChromatiaceaeChromatiaceae

Rhodospirillaceae Rhodospirillaceae

FATOR DE CRESCIMENTOFATOR DE CRESCIMENTO

Dentre os fatores de crescimento, as bactérias

fotossintetizantes utilizam-se de vitaminas do

grupo B como a biotina, a tiamina, o ácido p-

aminobenzóico, o ácido nicotínico e a niacina. A

luz possui influência determinante sobre o

desenvolvimento das atividades bioquímicas

destas bactérias.

A intensidade luminosa e sua composição

espectral regulam a quantidade de pigmento

fotossintetizante presente na célula. O ótimo de

temperatura para o crescimento encontra-se na

faixa entre 30-35°C

O valor ótimo de pH entre 7,0 e 8,5

aproximadamente, com exceção para

Rhodopseudomonas acidophila em que o pH

ótimo está ao redor de 5,6

ECOLOGIAECOLOGIA

Quanto à ecologia, as bactérias fotossintetizantes

anoxigênicas ocupam habitat aquático como :

• águas eutrofizadas internas e costeiras,

• águas residuais zootécnicas e domésticas,

• águas termais,

• solos submersos,

geralmente, localidades influenciadas pela

disponibilidade de luz, compostos reduzidos de

enxofre ou produtos finais do metabolismo

anaeróbio de outros microrganismos e por uma

baixa concentração de oxigênio

Os microrganismos fotossintetizantes têm sido

comumente estudados em biotecnologia devido à

eficiência biológica e à capacidade de utilização

da energia luminosa para a produção de

compostos orgânicos

O uso de bactérias fotossintetizantes no

tratamento de resíduos da indústria de

alimentos, na produção de rações para

animais com alto valor nutricional e no

acúmulo de carotenóides tem sido observado

por pesquisadores

Os ciclos biogeoquímicosOs ciclos biogeoquímicos

São responsáveis pela conversão e

movimentação de determinados elementos

químicos, por meio de reações

bioquímicas, na biosfera.

Estes ciclos podem ser classificados em:

1) Tipos gasosos – Reservatório situado na atmosfera

ou hidrosfera.

2) Tipos sedimentares – Reservatório localizado na

crosta terrestre.

MicrorganismosMicrorganismos

• Participam na movimentação dos

ciclos biogeoquímicos

• Promovem a reciclagem dos

elemento químicos, permitindo

assim a manutenção da vida na

Terra

Ciclo do carbonoCiclo do carbono 

• A primeira etapa do ciclo do carbono

compreende o processo da

fotossíntese, no qual organismos

autotróficos fixam o dióxido de

carbono (CO2)

Nesta etapa organismos autotróficos

fotossintéticos fixam CO2 por meio

de reações luminosas.

Ex: algas, cianobactérias, bactérias verdes e

púrpuras

Na fotossíntese das bactérias

verdes e púrpuras não é gerado o

oxigênio, pois estas não utilizam a

água com agente redutor

O H2S é utilizado como doador de

elétrons, com conquente

produção de S (enxofre

elementar)

Equação da fotossíntese anoxigênica:

CO2 + H2S C6H12O6 + S

Equação da fotossíntese oxigênica:

6 CO2 + 6 H20 C6H12O6 + 6 O2

Figura 1: Ciclo do Carbono

Ciclo do enxofreCiclo do enxofre

Enxofre

◦É um elemento abundante na crosta terrestre

◦Pode ser adicionado na ecosfera na forma

reduzida (H2S), como resultado da atividade

vulcânica e do metabolismo microbiano

◦Na sua forma elementar não pode ser

utilizado por organismos- superiores

◦Para ser utilizado é necessário que

microrganismos oxidem o enxofre elementar

em sulfatos

Bactérias oxidantes de enxofre

◦São fotopigmentadas dos gêneros

Cholorobium e Pelodityon, porém as mais

ativas nesses processos são as não

fotopigmentadas do gênero Thiobacillus, que

podem gerar ácido sulfúrico durante o

processo.

• Tiobacillus: bactéria quimiolitotrófica,

oxida o enxofre segundo a reação:

S0 + 3/2 H2O + 1O2 SO42- + 2H+

O sulfato (SO42-) gerado pode ser

assimilado por vegetais, algas e

outros organismos heterotróficos,

sendo incorporados aos

amimoácidos que contém enxofre

em sua estrutura

O sulfato também pode ser

dissimilado formando H2S

◦Redução dissimilatória feita pela

bactéria Desulfovibri, segundo a reação:

2(CH2O) + SO42- 2HCO3-

+ H2S

Figura 2 - Desulfovibrio Figura 3 - Desulfovibrio

A oxidação do ácido sulfídrico feita

pela bactéria púrpura Chomatium

6 CO2 + 6 H2S C6H12O6 + 6 S

Figura 4 – Ciclo do enxofre

Ciclo do nitrogênioCiclo do nitrogênio

Figura 5 - Ciclo do nitrogênio

A fixação do N2 gasoso ocorre

devido à enzima nitrogenase,

de acordo com a reação:

N2 + 16 ATP + 8 e- + 8 H+ 2

NH3 + H2 + 16 ADP + 16

fosfato.

Referencias bibliográficas Referencias bibliográficas

• BALLONI, W.; CARLOZZI, P.; VENTURA, S.; DE PHILIPPIS, P.; BOSCO, M. A three years experiment on the production of Rhodopseudomonas and Rhodospirillum biomass by outdoor culture on different wastes. In: INTERNATIONAL CONFERENCE ON BIOMASS FOR ENERGY AND INDUSTRY, 4, 1987, Orleans. Proceedings....London: Elsevier Applied Science, 1987. p. 598-602.

• BALLONI, W.; MATERASSI, R.; FILPI, C.; SILI, M.; VINCENZINI, A. E.; FLORENZANO, G. Il metodo di trattamento a batteri fotosintetici delle acque di scarico. Firenze: Progetto Finalizzato CNR Promocione della Qualitá dell’Ambiente, 1982. 205 p.

• BROCK, T. D.; MADIGAN, M. T.; MARTINKO, J. M.; PARKER, J. Biology of microrganisms. New York: Pretince Hall, 1994. 909p.

• DREWS; GOLECKI. Biology microrganisms bacteria. New work; 1995.

• PRASERTSAN et al., 1993; PRASERTSAN et al., 1997; PONSANO, 2000; CHOORIT et al.,

• 2002; PONSANO et al, 2003).

• Disponível em <IMAGENS.google.com.br> Acesso em; 1 de julho de 2009