Como são chamadas as bactérias que crescem na ausência do oxigênio livre sendo a presença de vestígios de oxigênio tóxicos para estes organismos?

Organismos aeróbios dependem do oxigênio para obter energia, e os anaeróbios não necessitam do oxigênio que, em certas concentrações, pode ser fatal para alguns organismos.

Os organismos necessitam de energia para a manutenção de seu metabolismo. Essa energia está armazenada nos alimentos e, para que os organismos a obtenham, é necessária a realização de um desses processos: respiração celular ou fermentação.

Nesses dois processos, a molécula de glicose, obtida nos alimentos, é quebrada em moléculas menores, liberando parte da energia contida em suas ligações para a célula. No entanto, essa quebra ocorre de forma diferenciada nestes dois processos:

• Respiração celular: a quebra da glicose ocorre na presença de oxigênio (respiração aeróbia) e tem como resíduos, ao final da reação, o gás carbônico e a água;

• Fermentação: a quebra da glicose ocorre na ausência de oxigênio (respiração anaeróbia) e apresenta como resíduos álcool etílico e gás carbônico (fermentação alcoólica) ou ácido lático (fermentação lática).

Diante do exposto, podemos classificar os organismos como aeróbios ou anaeróbios:

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→ Aeróbios: dependem do oxigênio para obter energia, pois realizam respiração aeróbia. Aqui destacamos os organismos eucariontes pluricelulares, como os humanos;

→ Anaeróbios restritos ou obrigatórios: não dependem do oxigênio, pois realizam respiração anaeróbia. Dependendo da concentração de oxigênio no ambiente, isso pode danificar moléculas importantes como o DNA, levando esses organismos à morte. Exemplos desses organismos são as bactérias causadoras do tétano e do botulismo;

→ Anaeróbios facultativos: alguns organismos são classificados comoanaeróbios facultativos, pois, na presença de oxigênio, realizam respiração aeróbia e, na ausência desse gás, realizam os processos anaeróbios. Um exemplo é o fungo Saccharomyces cerevisiae, o levedo da cerveja, que realiza o processo de fermentação utilizado na fabricação de bebidas alcoólicas, como vinho e cerveja, e também do pão.

Por Helivania Sardinha dos Santos

  Oxigênio e anaeróbios

          O termo anaeróbio abrange uma ampla gama de variação biológica. Existem os anaeróbios “estritos”, como a bactéria Treponema denticola e muitas espécies de Clostridium spp., que só crescem se o O2 estiver ausente no meio. Os anaeróbios “moderados” crescem em atmosferas que contêm até 10% de O2. Exemplo destes é o microrganismo Bacteroides fragilis. Os “microaerófilos”, como Campylobacter jejuni, requerem uma baixa concentração de O2 para crescer, mas não sobrevivem em ambientes que contenham 21% de O2. Cada espécie de microrganismo apresenta uma suscetibilidade específica ao O2.

          Por que o oxigênio causa danos nos seres anaeróbios?

          O dano causado pelo O2 nos seres anaeróbios deve-se à oxidação de componentes celulares essenciais. O O2 pode oxidar intermediários metabólicos, como tióis (grupamento –SH) e pteridinas, que, na sua forma reduzida, seriam utilizados em reações biossintéticas. Além do mais, essas reações de oxidação freqüentemente reduzem simultaneamente o O2, gerando radicais livres e outras espécies tóxicas de derivados do O2.

          Estrutura química básica das pteridinas

          O O2 também pode inibir diretamente algumas enzimas de organismos anaeróbios, como, por exemplo, a nitrogenase do Clostridium pasteurianum, uma enzima fixadora de nitrogênio. A inativação neste caso se dá através da oxidação de componentes essenciais do sítio ativo da enzima. Todas as nitrogenases conhecidas são, em alguma extensão, inativadas pelo O2.

Oxigênio e aeróbios

          Os organismos multicelulares complexos, como os mamíferos, desenvolveram mecanismos para assegurar que o O2 seja entregue a todas as células que dele necessitam. Uma porção de O2é transportada no plasma dissolvida, mas a solubilidade do O2 no sangue na temperatura do corpo é pequena. A maioria do O2é transportada no sangue pela hemoglobina, nos eritrócitos, e é entregue nas células de tecidos aeróbicos, permitindo uma produção de energia eficiente e a catálise de enzimas O2-dependentes.

          A hemoglobina é composta por quatro subunidades protéicas: duas são chamadas cadeias α e as outras duas, cadeias β. Cada cadeia carrega um grupo heme com ferro no estado reduzido (Fe2+), o único estado de oxidação que permite a ligação do O2. A ligação do O2 ao grupo heme é reversível, havendo ligação quando a concentração de O2 no sangue é alta, como nos pulmões, e dissociação quando a concentração de O2é baixa, como nos tecidos.

           pl.wikipedia.org/ wiki/Hemoglobina                                 www.biol.lu.se/cellorgbiol/ membprot/pop_sv.html
                Estrutura da hemoglobina                                                                       Grupo heme

          O coração e muitos outros músculos contêm o pigmento mioglobina, que contém apenas uma cadeia polipeptídica. A mioglobina serve como um estoque de O2 nos tecidos, se liga mais firmemente ao O2 que a hemoglobina e só o libera se a concentração do gás no sangue for muito baixa. Também existe no cérebro a neuroglobina que, segundo alguns pesquisadores, auxilia na regulação intracelular de p02.

          www.minet.si/sola/podrocje. php?idp=323§ion=2
                        Estrutura da mioglobina

          Sensores de O2:

          O corpo carotídeo é um órgão encontrado em mamíferos, aves e alguns peixes que é sensível aos níveis de O2 no sangue e altera o ritmo respiratório conforme for necessário. Nos humanos, o corpo carotídeo localiza-se na bifurcação da artéria carótida.

          Outra forma de regulação dos níveis de O2 no sangue existente é através do hormônio eritropoetina. Quando há baixas concentrações de O2 no sangue, ocorre um aumento na produção do hormônio nos rins e, em menor proporção, no fígado. Como conseqüência, há um aumento na produção de células vermelhas do sangue.

          Transporte de elétrons na mitocôndria:

          De 85 a 90% do O2 utilizado pelos animais é utilizado pelas mitocôndrias. Essas organelas são a maior fonte de ATP em animais e plantas não fotossintetizantes. A essência da produção da energia metabólica está na oxidação dos alimentos, que perdem elétrons para os transportadores de elétrons como o NAD+, FMN e FAD. Estes transportadores reduzidos são oxidados pelo O2 na mitocôndria, produzindo ATP. O processo se dá através da transferência de elétrons dos transportadores para uma cadeia de proteínas chamada de cadeia transportadora de elétrons. A proteína terminal desta cadeia é uma oxidase que catalisa a reação:

Veja a animação

          OBS:

          Muitas bactérias, como a Salmonella typhimurium e a Escherichia coli, podem crescer em condições aeróbias a anaeróbias. Ambas podem adaptar sua cadeia respiratória para trabalhar com diferentes aceptores de elétrons terminais. Estes aceptores diferenciam-se quanto a afinidade pelo O2: quando há pouco O2 no meio, a afinidade do aceptor final pelo O2 é maior.

          A maioria dos 10 -15% do O2 utilizado por eucariotos que não é consumido pela mitocôndria é utilizada por várias oxidases, oxigenases e por reações diretas de oxidação. Exemplo: as enzimas prolina e lisina-hidroxilase utilizam o O2 para colocar o grupo hidroxil nos aminiácidos prolina e lisina do colágeno durante a síntese da proteína.

          Citocromo P450: o retículo endoplasmático de muitos animais e plantas contém citocromos (proteínas que contêm heme e atuam como transportadoras de elétrons nas reações redox) conhecidos coletivamente como citocromo P450. O citocromo P450 está envolvido na oxidação de uma ampla variedade de substâncias às expensas de O2. Um átomo de O2 vai para o substrato e o outro forma água, sendo este sistema uma mono-oxigenase ou oxidase de função mista. O retículo endoplasmático do fígado é especialmente rico em P450, sendo responsável pela metabolização de um grande número de substâncias.

          Este esquema é uma simplificação do mecanismo de ação do citocromo P450 (CYP). Nele, o Fe3+ representa o Fe do grupo heme do CYP oxidado; RH e ROH, substratos e produtos, respectivamente. Neste ciclo de óxido-redução há liberação do ânion superóxido (O2•-) e do peróxido de hidrogênio (H2O2).

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