Bactérias Quimioautotróficas: O que são, Tipos e Exemplos

POR Pedro Coelho

Publicado: domingo, 16 de fevereiro de 2014

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As bactérias quimioautotróficas são seres que utilizam os elétrons de compostos inorgânicos reduzidos como fonte de energia (processo que é conhecido como quimiossíntese) e o dióxido de carbono (CO₂) como sua principal fonte de carbono.

Sendo esse dióxido de carbono (CO₂) fixado no ciclo de Calvin-Benson e, a energia obtida através da oxidação desses compostos inorgânicos (denominada fosforilação oxidativa), armazenada como ATP.

Fonte de Energia Utilizada por Essas Bactérias

As fontes inorgânicas de energia variam de bactéria para bactéria. Sendo que, dependendo da fonte de energia usada, a bactéria recebe uma certa denominação.

A fonte de energia dessa bactérias vem da oxidação de compostos inorgânicos abundantes em seus habitats, como hidrogênio sulfídrico (H₂S) , amônia (NH₃) , ferro ferroso Fe²⁺ ou metano CH₄. Por exemplo, a reação geral é:

H₂S+ 2O₂ → 2SO₄^2- + 2H+ + energia

Essa oxidação libera elétrons, que as bactérias capturam via cadeia de transporte de elétrons, gerando ATP sem clorofila. A eficiência é alta em gradientes químicos, superando até a fotossíntese em certos contextos energéticos.

Tipos de Bactérias Quimioautotróficas

Existem diversos tipos de bactérias que obtém energia através de fontes inorgânicas. Sendo que entre essas bactérias estão as:

Hidrogêniobacterias (hydrogenomonas)

São bactérias que conseguem oxidar hidrogênio gasoso, para a obtenção de energia. Sendo que além do hidrogênio, essas bactérias também conseguem utilizar compostos orgânicos, para a obtenção de energia. Sendo a oxidação do hidrogênio gasoso representado pela seguinte equação.

${{H}_{2}}+\frac{1}{2}{{O}_{2}}\to {{H}_{2}}O+energia$

Sendo as Hidrogêniobacterias mais conhecidas, as Ralstonia eutropha.

ralstonia-eutropha

Nitrobactérias (bactérias nitrificantes)

São bactérias que conseguem oxidar compostos nitrogenados, para a obtenção de energia. Essas bactérias possuem grande importância para o meio ambiente e agricultura. Devido a sua capacidade em oxidar os compostos nitrogenados, essas bactérias são importantíssimas no ciclo do nitrogênio (também chamado de ciclo de azoto).

Bactérias nitrosomonas

Essas bactérias são dividas em 2 gêneros

Nitrobacter: Esse gênero de bactéria oxida a amônia (NH₃) em nitrito (NO_2-), para a obtenção de energia. Sendo essa oxidação representada pela seguinte equação.

$N{{H}_{3}}+\frac{1}{2}{{O}_{2}}\to NO_{2}^{-}\left( Nitrito \right)+{{H}^{+}}+{{H}_{2}}O+energia$

Nitrosomonas: esse gênero de bactéria oxida nitrito (NO_2-), em nitrato (NO_3-) para a obtenção de energia. Sendo essa oxidação representada pela seguinte equação.

$NO_{2}^{-}+\frac{1}{2}{{O}_{2}}\to NO_{3}^{-}\left( Nitrato \right)+energia$

Sulfobacterias (bactérias sulfurosas)

São bactérias que oxidam compostos sulfurosos, para a obtenção de energia. Essas bactérias quimioautotróficas são capazes de obter energia pela oxidação de formas reduzidas de enxofre, como o sulfeto de hidrogênio (H₂S) ou o enxofre elementar (S₀), em sulfatos (SO₄^2-). Dentre essas bactérias estão:

Thiobacillus thiooxidans: esse gênero de bactéria obtém energia através da oxidação do enxofre elementar (S₀). Sendo essa oxidação representada pela seguinte equação.

$S+{{H}_{2}}O+\frac{3}{2}{{O}_{2}}\to {{H}_{2}}S{{O}_{4}}+Energia$

Thiobacillus ferrooxidans: esse gênero de bactéria obtém energia através da oxidação do enxofre elementar (S₀) e do minério de ferro. Sendo a oxidação do ferro representada pela seguinte equação.

$F{{e}^{2+}}\to F{{e}^{3+}}+{{e}^{-}}+Energia$

Beggiatoa alba: esse gênero de bactéria obtém energia através do o sulfeto de hidrogênio (H₂S) e acumula grânulos internos de enxofre.

beggiatoa-alba

Diferença entre Bactérias Fotoautotróficas e Quimioautotróficas

As bactérias fotoautotróficas e quimioautotróficas são ambas autotróficas, pois utilizam dióxido de carbono (CO₂) como principal fonte de carbono para sintetizar compostos orgânicos necessários ao seu metabolismo, contribuindo para ciclos biogeoquímicos como o do carbono sem depender de matéria orgânica externa.

A diferença fundamental reside na fonte de energia: as fotoautotróficas, como cianobactérias (ex.: Synechococcus) e bactérias púrpuras do enxofre (ex.: Chromatium), captam energia luminosa do Sol ou fontes artificiais por meio de pigmentos como bacterioclorofilas em clorossomos ou cromatóforos, realizando fotossíntese anoxigênica ou oxigênica que gera ATP e poder redutor (NADPH) para fixar CO₂ via ciclo de Calvin-Benson, geralmente em ambientes aquáticos iluminados.

Já as quimioautotróficas obtêm energia exclusivamente de reações químicas de oxidação de compostos inorgânicos reduzidos, como amônia (NH₃ para NO₂⁻ por Nitrosomonas), nitrito (NO₂⁻ para NO₃⁻ por Nitrobacter), sulfeto de hidrogênio (H₂S para SO₄²⁻ por Thiobacillus), ferro ferroso (Fe²⁺ para Fe³⁺) ou hidrogênio (H₂), liberando energia exotérmica para produzir ATP via fosforilação oxidativa e fixar CO₂, independentemente de luz e frequentemente em solos, sedimentos profundos ou águas hidrotermais onde a luz não penetra.

Assim, enquanto as fotoautotróficas dependem de fotons e são fototróficas, as quimioautotróficas são quimiotróficas (especificamente quimiolitotróficas), prosperando em condições escuras ou extremas, mas ambas liberam oxigênio em alguns casos e sustentam cadeias alimentares em ecossistemas profundos ou profundos.

Como Elas Obtêm o Carbono para Produzir Matéria Orgânica

Usam a via de Calvin-Benson (ciclo de Calvin), como plantas, mas alimentada por ATP e NADPH da quimiossíntese. O CO₂ é fixado pela enzima RuBisCO:

6CO₂ + 18ATP + 12NADPH → C₆H₁₂O₆ + 18 ADP +NADP⁺ +18Pi

Isso gera glicose e precursores orgânicos, sustentando crescimento autotrófico sem fontes orgânicas externas.

Semelhanças entre Bactérias Quimioautotróficas e Bactérias metanotróficas

Bactérias metanotróficas são microrganismos procarióticos, principalmente do filo Proteobacteria, capazes de usar o metano (CH₄) como única fonte de carbono e energia para seu crescimento, oxidando-o aerobicamente por meio de enzimas como a metano mono-oxigenase (MMO), que o converte em metanol e, subsequentemente, em formaldeído para assimilação metabólica.

Elas são divididas em tipos I (como Methylomonas e Methylomicrobium, que assimilam formaldeído via RuMP) e II (como Methylosinus e Methylocystis, via ciclo do serina), vivem em ambientes como solos, sedimentos aquáticos e pântanos, e desempenham papel ecológico chave na oxidação biológica de metano, mitigando um potente gás de efeito estufa.

Essas bactérias compartilham várias semelhanças com as quimioautotróficas, pois ambas são autotróficas, fixando carbono inorgânico (no caso das metanotróficas, derivado do metano oxidado a CO₂ ou formaldeído, semelhante à fixação de CO₂ pelas quimioautotróficas via ciclo de Calvin-Benson) a partir de fontes químicas inorgânicas sem depender de luz solar, obtendo energia de reações de oxidação redox exotérmicas (metano para as metanotróficas e compostos como enxofre, ferro ou hidrogênio para as quimioautotróficas), e geralmente sendo aeróbias ou microaerófilas, com metabolismos que produzem biomassa a partir de substratos simples em condições ambientais extremas.

Ambas contribuem para ciclos biogeoquímicos, como o do carbono, e são encontradas em ecossistemas terrestres e aquáticos onde oxidam compostos reduzidos para suprir suas necessidades energéticas e de carbono.

Importância das Bactérias do Gênero Nitrobacter no Ciclo do Nitrogênio

Nitrobacter realiza a nitrificação, oxidando nitrito (NO₂⁻) a nitrato (NO₃⁻) :

$N{{O}_{2}}^{-}+\frac{1}{2}{{O}_{2}}\to N{{O}_{3}}^{-}+energia$

No ciclo do nitrogênio, isso converte formas tóxicas e instáveis em nitrato biodisponível para plantas, prevenindo acúmulo de nitrito em solos e águas. Sem Nitrobacter, a eutrofização e perda de nitrogênio ocorreriam, impactando agricultura e ecossistemas aquáticos.

Ambientes Onde Esses Seres São Encontrados

• Fontes hidrotermais: Profundidades oceânicas (ex.: Fossa das Marianas), ricas em H₂S e H₂, sustentam fauna como vermes tubulares.
• Solos e sedimentos: Zonas anóxicas com amônia ou sulfeto.
• Cavernas e aquíferos: Escuros e com gradientes químicos.
• Reatores biológicos: Tratamento de efluentes, oxidando poluentes.

Esses nichos extremos destacam sua resiliência a altas temperaturas, pressões e pH ácido.

Relação entre Quimiossíntese e Sobrevivência em Lugares sem Luz

A quimiossíntese permite ecossistemas primários em abismos oceânicos, onde 90% da biosfera carece de luz. Ela sustenta 500 milhões de toneladas de biomassa anual em fontes hidrotermais, base para predadores como caranguejos e moluscos. 

Sem ela, vida complexa em profundidades seria impossível, provando que energia química rivaliza com a solar em produtividade global.

Essas bactérias revolucionam a engenharia ambiental, inspirando biorremediação e bioenergia.

Referências

• Citologia-Metabolismo, Divisão Celular e Gametogênese,Durval Mazzei Nogueira Filho.
• Microbiologia 10º edição – Tortora-Funke-Case- Aritmed- São Paulo- Brasil- 2012.
• http://lqes.iqm.unicamp.br/canal_cientifico/lqes_news/lqes_news_cit/lqes_news_2006/lqes_news_novidades_853.html(Acessado em 14/02/2014 as 14:02)
• http://microbewiki.kenyon.edu/index.php/Beggiatoa  (Acessado em 14/02/2014 as 14:24)
• Madigan, M. T., et al. Brock Biology of Microorganisms (15ª ed., 2018). Pearson. (Capítulo 14: Autotrofia quimiossintética e exemplos).
• Schlegel, H. G., & Bowien, S. (Eds.). Autotrophic Bacteria (1989). Springer. (Detalhes sobre vias metabólicas e Nitrobacter).
• Winogradsky, S. (1890). "Recherches sur les organismes nitrifiants". Annales de l'Institut Pasteur. (Trabalho seminal sobre nitrificação).
• Dubilier, N., et al. (2008). "How microbes make a living in the deep sea". Nature Reviews Microbiology, 6(4), 225-235. (Quimiossíntese em fontes hidrotermais).
• Kuenen, J. G. (2008). "Nitrifying Bacteria". Encyclopedia of Microbiology. Elsevier. (Ciclo do nitrogênio e Nitrobacter).

Sobre o autor

Olá meu nome é Pedro Coelho, eu sou engenheiro químico com Pós Graduação em Engenharia de Segurança do Trabalho e também sou Green Belt em Lean Six Sigma. Além disso, eu conclui recentemente o curso de Engenharia Civil, e em parte de minhas horas vagas me dedico a escrever artigos aqui no ENGQUIMICASANTOSSP, para ajudar estudantes de Engenharia Química e de áreas correlatas. Se você está curtindo essa postagem, siga-nos através de nossas paginas nas redes sociais e compartilhe com seus amigos para eles curtirem também :)