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 Amônia fosfato atmosférico 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 Características fisiológicas - Azobacter chroococcum Heterotrófico aeróbio Beijerinckia indica Derxia gummosa Cianobácterias Fotossintético Aeróbio Clostridium sp. Heterotrófico Anaeróbio Desulfovibrio sp. Chromatium vinosum Fotossintético Anaeróbios 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.