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Microbiologia – Questões essenciais – Parte 2

A sintese de moléculas biologicamente importantes pode ocorrer se atmosferas

contendo uma redução de gases como CH4, CO2, N2, NH3 e sulforeto forem sujeitos a fontes de

energia intensa. Das forças de energia disponíveis na Terra primitiva, a mais importante foi

provavelmente a radiação ultravioleta (UV) proveniente do Sol. Se misturas gasosas,

semelhantes às que se pensa terem existido na Terra primitiva, forem irradiadas por UV, ou

sujeitas a descargas eléctricas consideráveis no laboratório, uma grande variedade de

moléculas biologicamente importantes podem ser geradas, tais como açúcares, aminoacidos,

purinas, pirimidinas, vários nucleótidos e ácidos gordos.

Do ponto de vista químico, ácidos nucleicos e proteinas são polimeralizadas por

reações de desidratação.

Os primeiros seres celulares a surgir na Terra foram, portanto seres muito simples,

procariontes e macromuléculas.

As primeiras bactérias usavam como fonte de energia substâncias químicas, sendo

considerados Quimiotróficos, ou a luz do Sol, sendo considerados Fototróficos.

A energia, nas células, é gerada através de reações de oxidação-redução. No ponto de

vista químico uma oxidação é defenida como a remoção de um electrão ou electrões de uma

substância e a redução é a adição, sendo o dador de electrões a espécie oxidada e o receptor

a espécie reducida. Dois compostos inorgânicos que são usados como dadores de elctrões são

o NO2- e o NH3, por exemplo.

Assim, os organismos quimiotróficos obtinham energia a partir de compostos como o

carbono e o nitrogénio (o nitrogénio era obtido a partir de substâncias como NH3, NH3- ou N2).

É através da assimilação de vários componentes do carbono que obtinham novo material

celular, como macromoléculas. Contudo, alguns procariontes são autotróficos, capazes de

produzir, através de dioxido de carbono (CO2), as suas estruturas orgânicas.

Dentro dos organismos quimiotróficos muitos usam substâncias orgânicas como

dadoras de electrões para o metabolismo energético sendo considerados

organoquimiotróficos. Por outro lado, àqueles que usam substâncias inorgânicas chamamos

litoquimiotróficos.

Tanto os organismos quimiotróficos como os fototróficos podem usar dioxido de

carbono (CO2) como fonte de carbono e dizemos que são autotróficos, no entanto, se a fonte

de carbono for carbono orgânico chamamos-lhes heterotróficos.

Os seres fototróficos, como já foi referido, usam a Luz como fonte de energia isto

significa que realizam a fotossintese. Contudo este processo pode ocorrer em condições

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anaeróbias – Fotossíntese anoxigénica – ou em condições aeróbias – Fotossíntese oxigénica.

Isto é, no primeiro caso a fotossintese ocorre sem que, em nenhuma parte do processo, haja

intervenção do oxigénio e tem como dador de electrões o H2S, enquanto que a segunda

precisa desta substância.

O quadro seguinte mostra resumidamente as fonte de carbono (laranja) e energia

usadas pelos organismos:

Como já foi visto anteriormente, existem três grandes grupos filogenéticos de

bactérias: as proteobactérias, as bactérias Gram + e as cianobactérias.

As cianobactérias comprometem um grupo grande e, morfologicamente heterogéneo,

de bacterias fototróficas. Estas diferem de outras, significativamente, por serem fototróficas

oxigénicas, ou seja, conduzem a fotossíntese oxigénica. As cianobactérias representam um

dos maiores grupos do reino Bactéria. A significância da sua evolução reside no facto de terem

sido os primeiros organismos fototróficos oxigénicos, na Terra, sendo responsáveis pela

transformação da atmosfera terrestre de anoxigénica para oxigénica.

O tipo de atmosfera é, para muitos microorganismos, um factor importante para o seu

desenvolvimento e crescimento.

O crescimento microbianos está dividido em, quatro fases:

Fase de latência – quando a população microbiana é inoculada em um meio

fresco, o crescimento geralmente não começa imediatamente, mas só depois

de um período de tempo chamado “período de latência”. Este pode ser curto

ou longo dependendo do tipo de cultura e das suas condições.

Organismo

Quimiotrófico

(usam substâncias químicas como fante de energia)

Litoquimiotrófico

(usam compostos inorganicos)

Litoquimiotrófico

(C=CO2)

Mixotrófico

(C=Organico)

Organoquimiotrófico

(usam compostos organicos)

Fototrófico

(usam a Luz como fonte de energia)

Autotrófico

(C=CO2)

Heterotrófico

(C=Organico)

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Fase exponencial – as células multiplicam-se formando novas estruturas; o

crescimento exponencial é influenciado por factores ambientais bem como

determinadas características genéticas do próprio organismo.

Fase estacionária – o crescimento exponencial não ocorre indefinidamente.

Geralmente o crescimento pára devido a duas situações que podem ocorrer

separadamente ou em simultâneo: ou os nutrientes necessários, existentes no

meio de cultura, chegaram ao fim ou algum resíduo do organismo se acumulou

no meio provocando a inibição do crescimento.

Morte – após alcançar a fase estacionária as células morrem.

Com o aparecimento do oxigénio na atomosfera, começaram a aparecer organismos a

realizar outro tipo de processos para obtenção de energia. Tal como haviam organismos

capazes de fazer fotossíntese oxigénica ou anoxigénica devido à presença de cloroplastos, os

outros adaptaram-se às condições do meio através de processos como a respiração aeróbia e

anaeróbia ou fermentação.

Neste caso, a respiração ocorre na presença de oxigénio, sendo necessário um

sistema membranar devido às características da cadeia transportadora de electrões que está

associada à menbrana e a sua relação com a força electromotriz gerada no processo, e a

fermentação na sua ausência, podendo existir organismos que realizem ambos os processos,

estando assim aptos para qualquer tipo de condições que o meio apresente.

No processo de respiração existem três ciclos importantes: Ciclo do Azoto, Ciclo do

Carbono e Ciclo do Enxofre. Cada um deles envolve duas etapas fundamentais que veremos de

seguida:

Ciclo do Azoto

Nitrificação (respiração aeróbia) – as bactérias nitrificantes estão amplamente

distribuidas no solo e na água. Um grupo de organismos oxidam a amónia a

nitrito e outro grupo oxida o nitrito a nitrato; a complexa oxidação da amónia

a nitrato, com transferência de oito electrões, é assim efectuada pelos

membros destes dois grupos de organismos que atuam em sequência.

NH4+ NO2

- NO3-

Desnitrificação (respiração anaeróbia) – compostos inorgânicos de azoto são

os receptores de electrões mais comuns na respiração anaeróbia. Neste

processo o nitrato é reduzido a nitrito por uma nitrato-redutase; o nitrito é é

reduzido a óxido nitrico pela nitrico-redutase, este por sua vez é reduzido a

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óxido nitroso pela oxido nitrico-redutase e este é finalmente reduzido, pela

oxido nitroso-redutase, a nitrogénio.

NO3- NO2

- NO

N2O

N2

O NO, N2O e N2 são gases que podem ser libertados para a atmosfera neste

processo.

Ciclo do carbono

Fixação do CO2 através do ciclo de Calvin

Conversão de matéria orgânica em CO2

Ciclo do Enxofre

Sulfurizaçao (respiração aeróbia) – processo em que ocorre a oxidação do

enxofre para obter SO42- que será reduzido a H2S na dessulfurização.

Desssulfurização (respiração anaeróbia) – a redução do SO4- a H2S, com a

redução de oito electrões, envolve alguns passos intermédios. O ião de sulfato

é estável e não pode ser rduzido sem antes ser activado. É activado por meio

do ATP.