Key Terms
- litotrófico: Obtém electrões para respiração a partir de substratos inorgânicos.
- organotrófico: Obtém electrões para a respiração a partir de substratos orgânicos.
A redução de sulfato é um tipo de respiração anaeróbica que utiliza sulfato como um aceitador terminal de electrões na cadeia de transporte de electrões. Comparada à respiração aeróbica, a redução de sulfato é um processo relativamente pobre em energia, embora seja um mecanismo vital para bactérias e arqueias que vivem em ambientes ricos em sulfato e esgotados em oxigénio.
Muitos redutores de sulfato são organotróficos, utilizando compostos de carbono, como o lactato e o piruvato (entre muitos outros) como doadores de electrões, enquanto outros são litotróficos e utilizam gás hidrogénio (H2) como doador de electrões. Algumas bactérias autótrofas redutoras de sulfato (por exemplo, Desulfotignum phosphitoxidans) podem usar fosfito (HPO3-) como doador de elétrons, enquanto outras (por exemplo, Desulfovibrio sulfodismutans, Desulfocapsa thiozymogenes, e Desulfocapsa sulfoexigens) são capazes de desproporção de enxofre (dividindo um composto em dois compostos diferentes, neste caso um doador de elétrons e um aceitador de elétrons) usando enxofre elementar (S0), sulfito (SO32-), e tiossulfato (S2O32-) para produzir tanto sulfeto de hidrogênio (H2S) quanto sulfato (SO42-).
Antes que o sulfato possa ser usado como um aceito de elétrons, ele deve ser ativado. Isto é feito pela enzima ATP-sulfurilase, que usa ATP e sulfato para criar adenosina 5′-fosulfato (APS). O APS é posteriormente reduzido a sulfito e AMP. O sulfito é então reduzido ainda mais a sulfeto, enquanto o AMP é transformado em ADP usando outra molécula de ATP. O processo geral, portanto, envolve um investimento de duas moléculas do transportador de energia ATP, que devem ser recuperadas da redução.
Todos os organismos redutores de sulfato são anaeróbios estritos. Como o sulfato é energeticamente estável, ele deve ser ativado por adenilação para formar APS (adenosina 5′-fosfosulfato) para formar APS antes que ele possa ser metabolizado, consumindo assim ATP. O APS é então reduzido pela enzima APS reductase para formar sulfito (SO32-) e AMP. Em organismos que usam compostos de carbono como doadores de elétrons, o ATP consumido é contabilizado pela fermentação do substrato de carbono. O hidrogênio produzido durante a fermentação é na verdade o que impulsiona a respiração durante a redução do sulfato.
As bactérias redutoras de sulfato podem ser rastreadas até 3,5 bilhões de anos atrás e são consideradas como estando entre as mais antigas formas de microorganismos, tendo contribuído para o ciclo do enxofre logo após o surgimento da vida na Terra. As bactérias redutoras de sulfato são comuns em ambientes anaeróbicos (como água do mar, sedimentos e água rica em material orgânico em decomposição) onde elas ajudam na degradação de materiais orgânicos. Nestes ambientes anaeróbicos, as bactérias fermentadoras extraem energia de grandes moléculas orgânicas; os compostos menores resultantes (como ácidos orgânicos e álcoois) são ainda mais oxidados pelos acetogênios, metanogênicos e pelas bactérias redutoras de sulfato concorrentes.
Muitas bactérias reduzem pequenas quantidades de sulfatos a fim de sintetizar componentes celulares contendo enxofre; isto é conhecido como redução assimilatória de sulfato. Em contraste, as bactérias redutoras de sulfato reduzem o sulfato em grandes quantidades para obter energia e expelir o sulfeto resultante como resíduo; isto é conhecido como “redução de sulfato dissimilatório”. “A maioria das bactérias redutoras de sulfato também pode reduzir outros compostos inorgânicos oxidados, tais como sulfato, tiossulfato, ou enxofre elementar (que é reduzido a sulfeto como sulfeto de hidrogênio).
Sulfeto de hidrogênio tóxico é um produto residual das bactérias redutoras de sulfato; seu odor de ovo podre é frequentemente um marcador da presença de bactérias redutoras de sulfato na natureza. As bactérias redutoras de sulfato são responsáveis pelo odor sulfuroso de pântanos salgados e lodaçais. Grande parte do sulfeto de hidrogênio reagirá com íons metálicos na água para produzir sulfeto metálico. Estes sulfuretos de metal, tais como sulfureto de ferro (FeS), são insolúveis e frequentemente pretos ou castanhos, levando à cor escura do lodo. Assim, a cor preta do lodo em um tanque é devido a sulfetos metálicos que resultam da ação de bactérias redutoras de sulfato.
algumas bactérias redutoras de sulfato desempenham um papel na oxidação anaeróbica do metano (CH4+ SO42- → HCO3- + HS- + H2O). Uma fração importante do metano formado por metanogênicos abaixo do fundo do mar é oxidado por bactérias redutoras de sulfato na zona de transição que separa a metanogênese da atividade de redução de sulfato nos sedimentos. Em fluidos hidrofracturantes usados para fracionar formações de xisto para recuperar o metano (gás de xisto), compostos biocidas são frequentemente adicionados à água para inibir a actividade microbiana das bactérias redutoras de sulfato, a fim de evitar a oxidação anaeróbica do metano e minimizar a potencial perda de produção.
As bactérias redutoras de sulfato frequentemente criam problemas quando estruturas metálicas são expostas a água contendo sulfato. A interacção da água e do metal cria uma camada de hidrogénio molecular na superfície do metal. As bactérias redutoras de sulfato oxidam este hidrogénio, criando sulfureto de hidrogénio, que contribui para a corrosão. O sulfeto de hidrogênio das bactérias redutoras de sulfato também desempenha um papel na corrosão biogênica do sulfeto de concreto, e o óleo cru azedo.
As bactérias redutoras de sulfato podem ser utilizadas para limpar solos contaminados; algumas espécies são capazes de reduzir os hidrocarbonetos, como benzeno, tolueno, etilbenzeno, e xileno. As bactérias redutoras de sulfato também podem ser uma forma de lidar com águas ácidas de minas.