Azotobacter
Azotobacter | |||||||||||||
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Espécies | |||||||||||||
Azotobacteré umgénerodebactériasesféricas ou ovaisGram negativasgeralmentemóveis,que formamquistosde paredes espessas e podem produzir grandes quantidades de mucosidade capsular. Sãoaeróbicas,de vida livre, e vivem principalmente nossolos,onde desempenham um importante papel nociclo do nitrogéniona natureza, captando nitrogénioatmosférico,que é inacessível às plantas, e libertando-o em forma de íonsamóniono solo (fixação de nitrogénio). As espécies deste género, para além de servirem comoorganismos modelo,são utilizadas para a produção debiofertilizantes,aditivos alimentarese algunsbiopolímeros.O primeiro representante do género,Azotobacter chroococcum,foi descoberto e descrito em 1901 pelomicrobiólogoebotânicoholandêsMartinus Beijerinck.AsAzotobacterencontram-se em solos neutros e alcalinos,[1][2]na água e em associação com algumas plantas.[3][4]
Características biológicas
[editar|editar código-fonte]Morfologia
[editar|editar código-fonte]As células do géneroAzotobactersão relativamente grandes para o tamanho normal de uma bactéria (1–2micrómetrosde diâmetro). São geralmente ovais, mas podem adoptar várias formas desde a debacilosà decocos.Em preparações microscópicas, as células podem estar dispersas ou formar grupos irregulares ou ocasionalmente cadeias de vários tamanhos. Nasculturas frescasas células são móveis devido aos seus numerososflagelos.[5]Posteriormente as células perdem a sua mobilidade, tornando-se quase esféricas e produzem uma grossa camada de mucosidade, formando acápsulada célula. A forma da célula é afectada peloaminoácidoglicina,que está presente napeptonadomeio nutritivo.[6]
Em observações aomicroscópioas células apresentam inclusões, algumas das quais se encontram coloreadas. Em inícios da década de 1900 considerava-se que as inclusões coloreadas eram "grãos reprodutivos", ougonidia,um tipo de célula embrionária.[7]Mas mais tarde demonstrou-se que os grânulos não participavam nadivisão da célula.[8]Os grânulos coloreados são compostos porvolutina,enquanto que as inclusões incolores são gotas de gordura que atuam como reservas energéticas.[9]
Quistos
[editar|editar código-fonte]Os quistos do géneroAzotobactersão mais resistentes a factores ambientais adversos do que as células vegetativas, e em particular, são duas vezes mais resistentes à luzultravioleta.São também resistentes à secagem,ultrassonse irradiação solar egama,mas não ao calor.[10]
A formação de quistos é induzida por mudanças na concentração de nutrientes no meio e pela adição de algumas substâncias orgânicas como oetanol,o n-butanolou oβ-hidroxibutirato.Em meios líquidos é rara a formação de quistos.[11]A formação de quistos é induzida por factores químicos e é acompanhada por alteraçõesmetabólicasque afectam ocatabolismo,arespiração celulare abiossíntesedemacromoléculas;[12]esta também é afectada pelasaldeído desidrogenase[13]e pelo regulador da respostaAlgR.[14]
O quisto deAzotobacteré esférico e consiste no chamadocorpo central(uma cópia reduzida de células vegetativas com váriosvacúolos) e nacobertura de duas camadas.A parte interna da cobertura chama-seintinae tem uma estrutura fibrosa.[15]A parte externa apresenta uma estrutura cristalina hexagonal, a qual se denominaexina.[16]A exina é parcialmente hidrolizada pelatripsinae é resistente àlisozima,ao contrário do corpo central.[17]O corpo central pode isolar-se numestado viávelcom alguns agentesquelantes.[18]Os principais constituintes da cobertura externa são osalquilresorcinóis,compostos por longas cadeiasalifáticase anéisaromáticos.Os alquilresorcinóis também se encontram noutras bactérias, animais e plantas.[19]Anderson Miranda
Germinação de quistos
[editar|editar código-fonte]Os quistos do géneroAzotobactersão a forma de repouso de uma célula vegetativa. Contudo, enquanto as células vegetativas são reprodutoras, o quisto deAzotobacternão serve para a reprodução, senão para resistir a factores ambientais adversos. Depois de recuperadas as condições ambientais ideais, que incluem um determinado valor depH,temperatura e fontes decarbono,os quistos germinam e as células vegetativas originadas começam a multiplicar-se porfissão simples.Durante a germinação, os quistos são danificados e libertam uma célula vegetativa maior. Microscopicamente, a primeira manifestação de germinação consiste na diminuição gradual narefraçãoda luz dos quistos, que se detecta com ummicroscópio de contraste de fase.A germinação de quistos é um processo lento que demora entre 4 e 6 horas. Durante a germinação, o corpo central cresce e captura os grânulos devolutinaque se encontram localizados na intina (a camada mais interna). Depois a exina eclode e a célula vegetativa liberta-se da exina, a qual possui uma forma característica de ferradura.[20]Este processo é acompanhado por alterações metabólicas. Imediatamente depois de lhes serem subministrada uma fonte de carbono, os quistos começam a absorveroxigénioe emitemdióxido de carbono;o ritmo deste processo aumenta gradualmente e satura em 4 horas. A síntese deproteínaseARNocorre paralelamente, mas só se intensifica depois de passadas 5 horas desde a adição da fonte de carbono. Asíntese de ADNefixação do nitrogéniotêm início 5 horas depois da adição deglicosenummeio nutrientesem nitrogénio.[21]
A germinação dos quistos é acompanhada por mudanças na intina, visíveis com microscópio electrónico. A intina é formada porcarboidratos,lípidoseproteínas,e tem quase o mesmo volume que o corpo central. Durante a germinação dos quistos, a intinahidroliza-see a célula utiliza-a para a síntese dos seus componentes.[22]
Propriedades fisiológicas
[editar|editar código-fonte]O géneroAzotobacterapresentarespiração aeróbia,recebendo energia de reacçõesredox,e utiliza compostos orgânicos comodoadores de electrões.AsAzotobacterpodem utilizar diversoscarboidratos,alcoóise sais deácidos orgânicoscomo fontes de carbono, e podem fixar pelo menos 10 microgramas de nitrogénio por grama deglicoseconsumida. Para estafixação do nitrogéniosão necessários íonsmolibdénio,mas podem ser parcialmente substituídos por íonsvanádio,ou mesmo prescindir de ambos. As fontes de nitrogénio podem sernitratos,íonsamónioouaminoácidos.OpHideal para o crescimento e a fixação de nitrogénio é de 7,0–7,5, mas o crescimento é mantido no intervalo de pH entre 4,8 e 8,5.[23]AsAzotobacterpodem também crescermixotroficamente,num meio sem nitrogénio que contenhamanose;este modo de crescimento depende do hidrogénio. O hidrogénio encontra-se disponível no solo, assim sendo, esta forma de crescimento pode ocorrer na natureza.[24]
Quando crescem, asAzotobacterproduzem colónias planas, viscosas como uma pasta com um diâmetro de 5–10 mm, as quais podem formarbiofilmesem meios nutritivos líquidos. As colónias podem ser castanhas escuras, verdes ou doutra cor, ou mesmo incolores, dependendo da espécie. Crescem melhor a uma temperatura de 20–30 °C.[25]
As bactérias do géneroAzotobactersão também conhecidas por formar inclusões intracelulares depolihidroxialcanoatossob determinadas condições ambientais (por exemplo, falta de elementos como fósforo, nitrogénio, ou oxigénio combinada com um suprimento excessivo de fontes de carbono).[26][27]
Pigmentos
[editar|editar código-fonte]O géneroAzotobacterproduzpigmentos.Por exemplo, oAzotobacter chroococcumforma um pigmento demelaninahidrossolúvel castanho escuro. Este processo ocorre num alto nível metabólico durante a fixação do nitrogénio, e pensa-se que protege o sistema danitrogenasedos efeitos do oxigénio.[28]Outras espécies deAzotobacterproduzem pigmentos com cores desde o amarelo esverdeado ao púrpura,[29]entre eles um pigmento verde que éfluorescentecom luz amarelo-esverdeada e outro com fluorescência azul esbranquiçado.[30]
Genoma
[editar|editar código-fonte]Foi parcialmente determinada a sequência denucleótidosdo cromossoma deAzotobacter vinelandiicepa AvOP. Este cromossoma é uma uma molécula de ADN circular que contém 5 342 073pares de basese 5 043genes,dos quais 4 988 codificam proteínas. A fracção de paresG + Cé de 65molespor cento. O número de cromossomas nas células e o conteúdo de ADN aumenta conforme a idade da célula e na fase de crescimento estacionária, os cultivos podem conter mais de 100 cópias dum cromossoma por célula. O conteúdo original de ADN (uma cópia) é restaurado na replantação do cultivo num meio fresco.[31]Para além do ADN cromossómico, oAzotobacterpode conterplasmídeos.[32]
Distribuição
[editar|editar código-fonte]As espécies deAzotobactersão ubíquas em solos de pH neutro ou ligeiramente alcalino, mas não em solos ácidos.[33]Também se encontram em solos da região ártica e antártica, apesar do clima frio ali reinante, da curta estação de crescimento e dos valores de pH do solo relativamente baixos.[34]Em solos secos, aAzotobacterpode sobreviver em forma de quistos até 24 anos.[35]
Representantes do géneroAzotobactertambém vivem em ambientes aquáticos, inclusive em águas doces[36]e pântanos salgados.[37]Vários membros estão associados a plantas e encontram-se narizosfera,estabelecendo certas relações com as raízes das plantas.[38]Algumas cepas encontram-se também nos casulos de minhocas da espécieEisenia fetida.[39]
Fixação do nitrogénio
[editar|editar código-fonte]AsAzotobactersão bactérias fixadoras de nitrogénio de vida livre, o que as diferencia das espécies deRhizobium,que actuam nosnódulos radiculares.AsAzotobacternormalmente fixam o nitrogénio molecular da atmosfera sem estabelecerem relaçõessimbióticascom as plantas, embora também existam algumas espécies deAzotobacterassociadas com plantas.[40]A fixação do nitrogénio é inibida na presença de fontes de nitrogénio disponíveis, como íons amónio e nitratos.[41]
AsAzotobacternecessitam de uma ampla variedade de enzimas para a fixação do nitrogénio, entre as quais:ferredoxina,hidrogenasee a importante enzimanitrogenase.O processo de fixação do nitrogénio requer um fluxo de energia em forma deadenosina trifosfato(ATP). A fixação do nitrogénio é bastante sensível à presença deoxigénioe, por isso, asAzotobacterevoluiramum mecanismo defensivo especial contra o oxigénio, que consiste principalmente numa intensificação significativa dometabolismoque reduz a concentração de oxigénio nas células.[42]Existe também uma proteína protectora da nitrogenase especial chamadaShethna,que protege a nitrogenase e está implicada na proteção das células do oxigénio. Osmutantesque não produzem esta proteína morrem por causa do oxigénio durante a fixação do nitrogénio na ausência de uma fonte de nitrogénio no meio.[43]Os íonshomocitratodesempenham um certo papel no processo de fixação do nitrogénio porAzotobacter.[44]
Nitrogenase
[editar|editar código-fonte]A nitrogenase é a enzima mais importante envolvida na fixação do nitrogénio. As espécies deAzotobacterpossuem vários tipos de nitrogenase. O tipo básico é a nitrogenase de molibdénio-ferro.[45]Um tipo alternativo é anitrogenase de vanádio,que é independente dos íons de molibdénio[46][47][48]e mais activa que a nitrogenase de Mo-Fe a baixas temperaturas. Deste modo, pode fixar nitrogénio a temperaturas baixas de até 5 °C e a sua actividade a temperaturas baixas é 10 vezes maior do que a da nitrogenase de Mo-Fe.[49]O denominadoclusterP desempenha um importante papel na maturação da nitrogenase de Mo-Fe.[50]A síntese da nitrogenase é controlada pelos genesnif.[51]A fixação do nitrogénio é regulada pela proteína amplificadora NifA e aflavoproteína"detectora" NifL, que modula a activação da transcrição genética da fixação do nitrogénio a partir de um sistema de comutação dependente deredox.[52]Este mecanismo regulador, que depende de duas proteínas que formam complexos entre si, é pouco comum no controlo de outros sistemas.[53]
Importância
[editar|editar código-fonte]Afixação do nitrogéniotem um importante papel no ciclo do nitrogénio. AsAzotobactertambém sintetizam algumas substâncias biologicamente activas, entre elas asfitohormonascomo asauxinas,[54]que estimulam o crescimento das plantas.[55][56]Também facilitam a mobilidade demetais pesadosno solo e assim podem potenciar abiorremediaçãoda contaminação por metais pesados do solo, como ocádmio,mercúrioechumbo.[57]Alguns tipos deAzotobacterpodem também biodegradarcompostos aromáticosque contenhamcloro,como o2,4,6-triclorofenol.Este composto foi inicialmente usado comoinsecticida,fungicidaeherbicidamas mais tarde veio-se a descobrir que tinha efeitosmutagénicosecarcinogénicos.[58]
Aplicações
[editar|editar código-fonte]Devido à sua capacidade de fixar nitrogénio molecular e assim aumentar a fertilidade do solo e estimular o crescimento das plantas, asAzotobactersão muito utilizadas naagricultura,[59]especialmente embiofertilizantesde nitrogénio. São também utilizadas na produção deácido algínico(E400),[60][61][62]que se aplica emmedicinacomoantiácido,e na indústria alimentícia comoaditivopara os gelados, pudins e cremes,[63]e ainda na bioabsorção de metais.[64]
Taxonomia
[editar|editar código-fonte]O géneroAzotobacterfoi descoberto em 1901 pelo microbiólogo e botânico holandêsMartinus Beijerinck,um dos fundadores damicrobiologia ambiental.Ele seleccionou e descobriu a espécieAzotobacter chroococcum,o primeiro fixador de nitrogénio de vida livreaerobiótico.[65]
Em 1909, Lipman descreveu a espécieAzotobacter vinelandiie, um ano depois, aAzotobacter beijerinckii,que ele nomeou em homenagem a Beijerinck. Em 1949 o microbiólogo russoNikolai Krasilnikovidentificou a espécieAzotobacter nigricans,que foi dividida em 1981 por Thompson Skerman em duas subespécies chamadasAzotobacter nigricanssubsp.nigricanseAzotobacter nigricanssubsp.achromogenes.Nesse mesmo ano, Thompson e Skerman descreveramAzotobacter armeniacus.Em 1991, Page e Shivprasad revelaram a descoberta de uma espéciemicroaerófilae aerotolerante que denominaramAzotobacter salinestris,que dependia de íonssódio.[66]
Inicialmente os representantes deste género foram atribuídos à famíliaAzotobacteraceaePRIBRAM,1933, mas mais tarde foram transferidos para a famíliaPseudomonadaceaecom base em estudos das sequências de nucleotídeos doARNrde 16S. Em 2004, um estudofilogenéticorevelou queAzotobacter vinelandiipertencia ao mesmocladoque a bactériaPseudomonas aeruginosa,[67]e em 2007 foi sugerido que os génerosAzotobacter,AzomonasePseudomonasestão relacionados e poderiam sersinónimos.[68]
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Ligações externas
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