A Diversidade Metabólica das Bactérias

 

Se há um grupo de seres que apresenta grande diversidade metabólica, certamente é o das bactérias. Existem espécies heterótrofas e espécies autótrofas. Dentre as primeiras, destacam-se as parasitas, as decompositoras de matéria orgânica e as que obtêm matéria orgânica de outros seres vivos, com os quais se associam sem prejudicá-los. Dentre as autótrofas, existem espécies que produzem matéria orgânica por fotossíntese e outras que produzem por quimiossíntese.

 

As bactérias Heterótrofas

As bactérias parasitas são as que, por meio de inúmeros mecanismos, agridem outros seres vivos para a obtenção de alimento orgânico e causam inúmeras doenças. As decompositoras (frequentemente denominadas sapróvoras, saprofíticas ou saprofágicas) obtêm o alimento orgânico recorrendo à decomposição da matéria orgânica morta e são importântes na reciclagem dos nutrientes minerais na biosfera.

As que são associadas as outros seres vivos são denominadas de simbiontes, e não agridem os parceiros. É o caso das bactérias encontradas no estômago dos ruminantes (bois, cabras), que se nutrem da celulose ingerida por esses animais, fornecendo, em troca, aminoácidos essenciais para o metabolismo protéico do mesmo.

Muitas bactérias heterótrofas são anaeróbias obrigatórias, como o bacilo do tétano. São bactérias que morrem na presença de oxigênio. Nesse caso a energia dos compostos orgânicos é obtida por meio de fermentação. As anaeróbicas facultativas, por outro lado, vivem tanto na presença como na ausência de oxigênio.

Outras espécies só sobrevivem em presença de oxigênio - são as aeróbias obrigatórias. Um curioso grupo de bactérias é o que realiza a respiração aeróbia. Nessa modalidade de metabolismo energético existem todas as etapas típicas da respiração celular. Muda apenas o aceptor final de elétrons na cadeia respiratória. No lugar do oxigênio, essas bactérias utilizam nitrato, nitrito ou sulfato, obtendo no final, praticamente o mesmo rendimento energético verificado na respiração celular aeróbia. É o que ocorre com as bactérias desnitrificantes que participam do ciclo do nitrogênio na natureza. Nelas o aceptor final de elétrons é o nitrato.

 

Bactérias Autótrofas

 

Fotossintetizantes

Nas bactérias que realizam fotossíntese, a captação da energia solar fica a cargo de uma clorofila conhecida como bacterioclorofila. A partir da utilização de substâncias

simples do meio, ocorre a síntese do combustível biológico. De maneira geral, não há liberação de oxigênio. Como exemplo, podemos citar as bactérias sulforosas do gênero Chlorobium, que efetuam esse processo com a utilização de H2S e CO2, segundo a equação:

2H2S + CO2 + luz ------bacterioclorofila------------> (CH2) + 2S + H20

 

Note que é o gás sulfídrico, e não a água, que atua como fornecedor dos hidrogênios que servirão para a redução do gás carbônico. Não há a liberação de oxigênio. O enxofre permanece no interior  das células bacterianas sendo, posteriormente eliminado para o meio em que vivem esses microorganismos, em geral fontes sulfurosas. Nesse processo, CH2O representa a matéria orgânica produzida.

 

Quimiossíntese

A quimiossíntese é uma reação que produz energia química, convertida da energia de ligação dos compostos inorgânicos oxidados. Sendo a energia química liberada, empregada na produção de compostos orgânicos e gás oxigênio (O2), a partir da reação entre o dióxido de carbono (CO2) e água molecular (H2O), conforme demonstrado abaixo:

- Primeira etapa

Composto Inorgânico + O2 → Compostos Inorgânicos oxidados + Energia Química

- Segunda etapa

CO2 + H2O + Energia Química → Compostos Orgânicos + O2

Esse processo autotrófico de síntese de compostos orgânicos ocorre na ausência de energia solar. É um recurso normalmente utilizado por algumas espécies de bactérias e arqueobactérias (bactérias com características primitivas ainda vigentes), recebendo a denominação segundo os compostos inorgânicos reagentes, podendo ser: ferrobactérias e nitrobactérias ou nitrificantes (nitrossomonas e nitrobacter, gênero de bactérias quimiossíntetizantes).

As ferrobactérias oxidam substâncias à base de ferro para conseguirem energia química, já as nitrificantes, utilizam substâncias à base de nitrogênio.

Presentes no solo, as nitrossomonas e nitrobacter, são importantes organismos considerados biofixadores de nitrogênio, geralmente encontradas livremente no solo ou associadas às plantas, formando nódulos radiculares.

A biofixação se inicia com a assimilação no nitrogênio atmosférico (N2),

transformando-o em amônia (NH3), reagente oxidado pela nitrossomona, resultando em nitrito (NO2

-) e energia para a produção de substâncias orgânicas sustentáveis a esse gênero de bactérias.

O nitrito, liberado no solo e absorvido pela nitrobacter, também passa por oxidação, gerando energia química destinada à produção de substâncias orgânicas a esse gênero e nitrato (NO3

-), aproveitado pelas plantas na elaboração dos aminoácidos.

Reação quimiossintética nas Nitrossomonas:

NH3 (amônia) + O2 → NO2- (nitrito) + Energia

6 CO2 + 6 H2O + Energia → C6H12O6 (Glicose - Compostos Orgânicos) + 6 O2

 

Reação quimiossintética nas Nitrobacter:

NO2- (nitrito) + O2 → NO3- (nitrato) + Energia

6 CO2 + 6 H2O + Energia → C6H12O6 + 6 O2

 

Assim, podemos perceber que o mecanismo de quimiossíntese, extremamente importante para a sobrevivência das bactérias nitrificantes, também é bastante relevante ao homem. Conforme já mencionado, o nitrito absorvido pelas plantas, convertidos em aminoácidos, servem como base de aminoácidos essenciais à nutrição do homem (um ser onívoro: carnívoro e herbívoro).

Dessa forma, fica evidente a interdependência existente entre os fatores bióticos (a diversidade dos organismos) e os fatores abióticos (aspectos físicos e químicos do meio ambiente).

Bactérias

As bactérias são seres vivos formados por células procarióticas, cujo material genético é o DNA. Nestas células não existe nenhum sistema de membranas e portanto, elas não apresentam nenhuma organela citoplasmática.

Os ribossomos e todas as enzimas responsáveis pelo metabolismo encontram-se dispersos no citoplasma, ao contrário do que ocorre nas células eucarióticas, que têm suas enzimas em mitocôndrias ou cloroplastos, por exemplo. Dizemos também que o material genético se encontra disperso no citoplasma, numa região denominada nucleóide, porque, apesar de se concentrar em uma região específica da célula, ele não é isolado do citoplasma por membranas, como ocorre nas células eucarióticas, onde o material nuclear é envolto pela carioteca. Externamente à membrana plasmática existe uma parede celular.

 Alimentação Quanto à forma de obtenção do alimento, as bactérias podem ser autotróficas ou heterotróficas.  Bactérias autotróficas Produzem o alimento pela fotossíntese ou pela quimiossíntese. Na fotossíntese, o alimento produzido é a glicose, utilizando a energia luminosa. Na quimiossíntese, a glicose é produzida a partir de energia obtida de reações inorgânicas. A glicose, obtida em ambos os casos, é posteriormente degradada para produzir a energia que mantém a célula funcionando.

Bactérias heterotróficas

Constituem a grande maioria das bactérias e se alimentam de moléculas orgânicas produzidas por outros seres vivos, por fermentação ou respiração (aeróbica ou anaeróbica). Geralmente o alimento corresponde a resíduos de organismos ou organismos mortos e, por isto, elas têm um importante papel na reciclagem da matéria orgânica, atuando como decompositores.

Reprodução

No que se refere à reprodução, as bactérias podem se reproduzir assexuadamente ou sexuadamente.

Reprodução assexuada

Ocorre por divisão binária, onde cada bactéria duplica seu DNA e se divide formando duas novas bactérias idênticas.

Reprodução sexuada

Pode ocorrer por conjugação, por transformação ou por transdução.

Na conjugação bacteriana, pedaços de DNA de uma bactéria passam para outra através de tubos proteicos, chamados pelos sexuais. O fragmento de DNA é inserido no cromossomo da bactéria receptora (chamada fêmea), proporcionando uma combinação nova do seu DNA.

Na transformação bacteriana, as bactérias absorvem moléculas de DNA livres diretamente do meio em que se encontram. Esse DNA pode ser proveniente de bactérias mortas, não necessariamente da mesma espécie. Essa capacidade de assimilar diferentes fragmentos de DNA é utilizada em técnicas de Engenharia Genética, para introduzir fragmentos específicos de DNA em bactérias hospedeiras.

Na transdução, genes são transferidos entre bactérias por meio de vírus bacteriófagos que as infectam.

Interação com o homem

Um grande número de bactérias provocam doenças. Entre as bactérias patogênicas, por exemplo, temos as que provocam botulismo, gangrena gasosa, tétano, febre tifoide, pneumonia, gonorreia, coqueluche, tuberculose, sífilis, cólera, meningite epidêmica.

Contudo, existem também muitas bactérias que são benéficas ao Homem. Abaixo estão alguns exemplos:

• bactérias responsáveis pela decomposição que degradam a matéria orgânica sem vida, devolvendo ao ambiente os elementos químicos que são reutilizados (papel importante, portanto, na reciclagem da matéria orgânica na natureza);

• bactérias utilizadas na indústria de derivados do leite para produção de queijos, iogurtes e requeijões (Lactobacillus e Streptococcus);

• bactérias do gênero Acetobacter utilizadas na fabricação de vinagre;

• bactérias do gênero Corynebacterium utilizadas na produção de ácido glutâmico em larga escala, com o qual se preparam temperos;

• bactérias utilizadas na indústria farmacêutica para produção de antibióticos e vitaminas. O antibiótico neomicina é produzido pela bactéria Streptomyces;

• bactérias utilizadas na produção de metanol, butanol e acetona nas indústrias químicas;

• bactérias utilizadas em biotecnologia (principalmente Escherichia coli);

• bactérias fixadoras de nitrogênio, únicos seres vivos capazes de transferir o nitrogênio

Fique ligado!As bactérias são muito importantes para a biotecnologia. A principal ferramentas dessa tecnologia (as enzimas de restrição ou tesouras moleculares) são produzidas por bactérias. Com a utilização de bactérias é possível produzir, por biotecnologia, a insulina humana em laboratório em larga escala.  A clonagem de moléculas já é realizada há décadas, com segmentos de moléculas de DNA sendo introduzidos em bactérias para obtenção de cópias.

da atmosfera para compostos orgânicos que fazem parte dos seres vivos (fundamental no ciclo do nitrogênio);

• bactérias associadas a plantas leguminosas, que ajudam a fertilizar o solo.

 

 Principais doenças causadas por bactérias

Doença Agente Etiológico Via de transmissão

Características e sintomas

Tetáno

Clostridium tetanii (bacilo) (Anaeróbios estritos)

Ferimentos profundos, provocados por objetos contaminados

Intoxicação aguda, enrrijecimento muscular. grave risco de vida. A vacinação proporciona controle eficaz.

Coqueluche (tosse longa)

Haemophilus pertussi (Bacilo)

Pela inalação de ar contaminado, proveniente de pessoa doente.

Acessos de tosse forte e prolongada, afeta geralmente crianças. A vacinação proporciona controle eficaz.

Difteria Corynebacterium diphteriae (Bacilo)

Contato com secreções da boca e nariz de pessoas doentes.

Febres, dores de garganta, edemas e placas eritematosas nas tonsilas.

Febre tifoide Salmonella typhi (Bacilo)

Ingestão de água ou alimentos contaminados por fezes.

As pessoas infectadas, podem se tornar protadores crônicos, portando a germes e transmitindo a doença mesmo após o desaparecimento da doença.

TuberculoseMycobacterium tuberculosis (Bacilo de Koch)

Pela inalação de ar contaminado por secreções (saliva, catarro).

Tosse, expectoração. Essa bactéria se instala principalmente nos pulmões, mas pode afetar também as meninges, os ossos, os nervos ópticos, os rins.

Lepra (Hanseníase)

Mycobacterium leprae (bacilo de Hansem)

Contato com secreções eliminadas pelas narinas, boca e pele.

Lesões cutâneas, perda da sensibilidade, manchas na pele.

Pneumonia Diplococcus pneumoniaeStrepococcus

Pela inalação de ar contaminado por secreções

Febre alta, fortes dores pulmonares na região dorsal.

pneumoniae (do nariz, da saliva) da pessoa doente.

LeptospiroseLeptospira interrogans (espiroqueta)

Contato de mucosa ou regiões feridas com águas contaminadas pela urina de ratos.

Febres, dores musculares, icterícia, hemorragia, anemia, insuficiência renal, lesão hepática.

Cólera asiática Vibrio Cholerae (Vibrião)

Ingestão de água e alimentos contaminados por fezes de pessoas doentes.

Grave infecção intestinal, com forte diarreia, que pode levar a desidratação muitas vezes fatal.

Disenteria bacilar

Shingella disenteriae (Bacilo)

Ingestão de água e alimentos contaminados por fezes de pessoas doentes.

Febre, cólica, diarreia, seguida de desidratação. É a mais grave das infecções disentéricas.

Gastroenterites Salmonella sp

Ingestão de água e alimentos contaminados por fezes de pessoas doentes.

Infecção intestinal, muitas vezes chamada erroneamente de infecção alimentar.

Meningite meningocócica epidêmica

Neisseria meningitidis (Meningococo)

Pela inalação de ar contaminado por secreções nasobucais da pessoa doente.

Febre alta, vômito em jato, rigidez na nuca.

GonorréiaNeisseria gonorrhoeae (Gonococo)

Doença Sexualmente Transmissível (DST).

Uretrite com corrimento, que propaga para outros órgãos do sistema genital. A mãe portadora pode infectar a criança durante o parto.

Sílfilis Treponema palladium (espiroqueta)

Doença Sexualmente Transmissivel (DST).

Doenças de evolução lenta. inicialmente pode causar lesões primárias (cancro duro). Sua generalização no sangue provoca tardiamente lesões no sistema nervoso central. Doença venérea que pode ser

transmitida pela mãe portadora, ao feto durante a gravidez e parto.