Microrganismos redutores de metais dissimilatórios - Dissimilatory metal-reducing microorganisms
Microrganismos dissimilatórios redutores de metais são um grupo de microrganismos ( bactérias e arquéias ) que podem realizar respiração anaeróbica utilizando um metal como aceitador de elétrons terminais em vez de oxigênio molecular (O 2 ), que é o aceitador de elétrons terminal reduzido a água (H 2 O ) na respiração aeróbica . Os metais mais comuns usados para este fim são ferro [Fe (III)] e manganês [Mn (IV)], que são reduzidos a Fe (II) e Mn (II), respectivamente, e a maioria dos microrganismos que reduzem Fe (III) podem reduzir Mn (IV) também. Mas outros metais e metalóides também são usados como aceitadores de elétrons terminais, como vanádio [V (V)], cromo [Cr (VI)], molibdênio [Mo (VI)], cobalto [Co (III)], paládio [Pd (II)], ouro [Au (III)] e mercúrio [Hg (II)].
Condições e mecanismos para redução de metal dissimilatório
Os redutores de metais dissimilatórios são um grupo diversificado de microrganismos, o que se reflete nos fatores que afetam as diferentes formas de redução do metal. O processo de redução de metal dissimilatório ocorre na ausência de oxigênio (O 2 ), mas os redutores de metal dissimilatório incluem anaeróbios obrigatórios (estritos) , como a família Geobacteraceae , e anaeróbios facultativos , como Shewanella spp. Da mesma forma, entre as espécies de redutores de metais dissimilatórios, vários doadores de elétrons são usados na reação oxidativa que é acoplada à redução de metal. Por exemplo, algumas espécies são limitadas a pequenos ácidos orgânicos e hidrogênio (H 2 ), enquanto outras podem oxidar compostos aromáticos. Em certos casos, como a redução de Cr (VI), o uso de pequenos compostos orgânicos pode otimizar a taxa de redução do metal. Outro fator que influencia a respiração do metal é a acidez ambiental. Embora existam redutores de metais dissimilatórios acidofílicos e alcalifílicos, o grupo de redutores de metais neutrofílicos contém os gêneros mais bem caracterizados. Em ambientes de solo e sedimentos, onde o pH é frequentemente neutro, metais como o ferro são encontrados em suas formas oxidadas sólidas e apresentam potencial de redução variável, o que pode afetar seu uso por microrganismos.
Devido à impermeabilidade da parede celular aos minerais e à insolubilidade dos óxidos de metal, os redutores de metais dissimilatórios desenvolveram maneiras de reduzir os metais extracelularmente por meio da transferência de elétrons. Os citocromos c , que são proteínas transmembrana, desempenham um papel importante no transporte de elétrons do citosol para as enzimas anexadas ao exterior da célula. Os elétrons são então transportados para o aceptor de elétrons terminal por meio da interação direta entre as enzimas e o óxido de metal. Além de estabelecer contato direto, os redutores de metal dissimilatório também exibem a capacidade de realizar redução de metal à distância. Por exemplo, algumas espécies de redutores de metais dissimilatórios produzem compostos que podem dissolver minerais insolúveis ou atuar como lançadores de elétrons, permitindo-lhes realizar a redução de metais à distância. Outros compostos orgânicos freqüentemente encontrados em solos e sedimentos, como os ácidos húmicos, também podem atuar como lançadores de elétrons. Em biofilmes , nanofios e salto de elétrons em várias etapas (em que os elétrons saltam de uma célula para outra em direção ao mineral) também foram sugeridos como métodos para reduzir metais sem exigir o contato direto da célula. Foi proposto que os citocromos c estão envolvidos em ambos os mecanismos. Em nanofios, por exemplo, os citocromos c funcionam como o componente final que transfere elétrons para o óxido metálico.
Aceitadores de elétrons terminais
Observou-se que uma ampla gama de minerais contendo Fe (III) funcionam como aceitadores de elétrons terminais, incluindo magnetita, hematita, goethita, lepidocrocita, ferrihidrita, óxido férrico hidratado, esmectita, ilita, jarosita, entre outros.
Formação Mineral Secundária
Em sistemas naturais, os minerais secundários podem se formar como um subproduto da redução do metal bacteriano. Os minerais secundários comumente observados produzidos durante a bio-redução experimental por redutores de metais dissimilatórios incluem magnetita, siderita, ferrugem verde, vivianita e carbonato de Fe (II) hidratado.
Gêneros que incluem redutores de metais dissimilatórios
- Albidiferax ( betaproteobactérias )
- Shewanella (Gammaproteobacteria)
- Geobacter (Deltaproteobacteria)
- Geothrix fermentans (Acidobacteria)
- Deferribacteres (Deferribacteres)
- Thermoanaerobacter (Firmicutes)
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