Azotobacter: diferenças entre revisões

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A germinação dos quistos é acompanhada por mudanças na intina, visíveis com microscópio electrónico. A intina é formada por [[carboidrato]]s, [[lípido]]s e [[proteína]]s, e tem quase o mesmo volume que o corpo central. Durante a germinação dos quistos, a intina [[hidrólise|hidroliza-se]] e a célula utiliza-a para a síntese dos seus componentes.<ref>{{Cite journal|author = Lin L. P., Pankratz S., Sadoff H. L.|title= Ultrastructural and physiological changes occurring upon germination and outgrowth of Azotobacter vinelandii cysts|pmc=222425|pmid = 681284|journal = Journal of Bacteriology|year = 1978|volume = 135|issue = 2|pages = 641–646}}</ref>
A germinação dos quistos é acompanhada por mudanças na intina, visíveis com microscópio electrónico. A intina é formada por [[carboidrato]]s, [[lípido]]s e [[proteína]]s, e tem quase o mesmo volume que o corpo central. Durante a germinação dos quistos, a intina [[hidrólise|hidroliza-se]] e a célula utiliza-a para a síntese dos seus componentes.<ref>{{Cite journal|author = Lin L. P., Pankratz S., Sadoff H. L.|title= Ultrastructural and physiological changes occurring upon germination and outgrowth of Azotobacter vinelandii cysts|pmc=222425|pmid = 681284|journal = Journal of Bacteriology|year = 1978|volume = 135|issue = 2|pages = 641–646}}</ref>

=== Propriedades fisiológicas ===
O género ''Azotobacter'' apresenta [[Respiração celular#Respiração celular|respiração aeróbia]], recebendo energia de reacções [[Reação redox|redox]], e utiliza compostos orgânicos como [[doador de electrões|doadores de electrões]]. As ''Azotobacter'' podem utilizar diversos [[carboidrato]]s, [[álcool|alcoóis]] e sais de [[ácido orgânico|ácidos orgânicos]] como fontes de carbono, e podem fixar pelo menos 10 microgramas de nitrogénio por grama de glicose consumida. Para esta [[fixação do nitrogénio]] são necessários iões [[molibdénio]], mas podem ser parcialmente substituídos por iões [[vanádio]], ou mesmo prescindir de ambos. As fontes de nitrogénio podem ser [[nitrato]]s, iões [[amónio]] ou [[aminoácido]]s. O [[pH]] ideal para o crescimento e a fixação de nitrogénio é de 7,0–7,5, mas o crescimento é mantido no intervalo de pH entre 4,8 e 8,5.<ref>{{Cite book|chapter= Part B: The Gammaproteobacteria|title= Bergey's Manual of Systematic Bacteriology|url= http://www.springer.com/life+sci/book/978-0-387-95040-2
|editor=George M. Garrity|edition = 2
|place= New York|publisher = Springer|year = 2005
|volume = The Proteobacteria|isbn = 0-387-95040-0}}</ref> As ''Azotobacter'' podem também crescer [[Mixotrofismo|mixotroficamente]], num meio sem nitrogénio que contenha [[manose]]; este modo de crescimento depende do hidrogénio. O hidrogénio encontra-se disponível no solo, assim, este modo de crescimento pode ocorrer na natureza.<ref>{{Cite journal|author = Wong T.-Y., Maier R. J.|title = H2-Dependent Mixotrophic Growth of N2-Fixing Azotobacter vinelandii|pmc=219154|journal = Journal of Bacteriology|year = 1985|pages = 528–533|pmid=4019408|issue=2|volume=163}}</ref>

Quando crescem, as ''Azotobacter'' produzem colónias planas, viscosas como uma pasta com um diâmetro de 5–10&nbsp;mm, as quais podem formar [[biofilme]]s em meios nutrientes líquidos. As colónias podem ser castanhas escuras, verdes ou doutra cor, ou mesmo incolores, dependendo da espécie. Crescem melhor a uma temperatura de 20–30&nbsp;°C.<ref>{{Cite book|author = Tepper EZ, Shilnikova VK, Pereverzev, GI|title= Workshop on Microbiology|place= M.|year = 1979|page =216}}</ref>

As bactérias do género ''Azotobacter'' apresentam inclusões intracelulares de [[polihidroxialcanoatos]] sob determinadas condições ambientais (por exemplo, falta de elementos como fósforo, nitrogénio, ou oxigénio combinada com um suprimento excessivo de fontes de carbono).

===Pigmentos===
O género ''Azotobacter'' produz [[pigmento]]s. Por exemplo, o ''[[Azotobacter chroococcum]]'' forma um pigmento de [[melanina]] hidrossolúvel castanho escuro. Este processo ocorre num alto nível metabólico durante a fixação do nitrogénio, e pensa-se que protege o sistema da [[nitrogenase]] dos efeitos do oxigénio.<ref>{{Cite journal|author = Shivprasad S., Page W. J.|title= Catechol Formation and Melanization by Na+ -Dependent Azotobacter chroococcum: a Protective Mechanism for Aeroadaptation?|pmc=202955|pmid = 16347974|journal = Applied and Environmental Microbiology|year = 1989|volume = 55|issue = 7|pages = 1811–1817}}</ref> Outras especies de ''Azotobacter'' producen pigmentos con cores desde o amarelo verdoso ao púrpura,<ref>{{Cita publicación periódica|author = Jensen H. L.|title= The Azotobacteriaceae|journal = Bacteriological Reviews|year = 1954|pmid = 13219046|volume = 18|pmc = 440985|issue = 4|pages = 195–214}}</ref> entre eles um pigmento verde que é [[fluorescência|fluorescente]] com luz amarelo-esverdeada e outro com fluorescência azul esbranquiçado.<ref>{{Cite journal|author = Johnstone D. B.|title= Azotobacter Fluorescence|pmc=357568|pmid = 14367310|journal = Journal of Bacteriology|year = 1955|volume = 69|issue = 4|pages = 481–482}}</ref>

=== Genoma ===
Foi parcialmente determinada a sequência de [[nucleótido]]s do cromossoma de ''[[Azotobacter vinelandii]]'' cepa AvOP. Este cromossoma é uma uma molécula de ADN circular que contém 5&nbsp;342&nbsp;073 [[par de bases|pares de bases]] e 5.043 [[gene]]s, dos quais 4.988 codificam proteínas. A fracção de pares [[conteúdo G+C|G + C]] é de 65 [[mol]]es por cento. O número de cromossomas nas células e o conteúdo de ADN aumenta conforme a idade da célula e na fase de crescimento estacionária, os cultivos podem conter mais de 100 cópias dum cromossoma por célula. O conteúdo original de ADN (uma cópia) é restaurado na replantação do cultivo num meio fresco.<ref>{{Cite journal|author = Maldonado R., Jimenez J., Casadesus J.|title= Changes of Ploidy during the Azotobacter vinelandii Growth Cycle|pmc=205588|pmid = 8021173|journal = Journal of Bacteriology|year = 1994|volume = 176|issue = 13|pages = 3911–3919}}</ref> Para além do ADN cromossómico, o ''Azotobacter'' pode conter [[plasmídeo]]s.<ref>{{Cite journal|author = Maia M., Sanchez J. M., Vela G. R.|title= Plasmids of Azotobacter vinelandii|pmc=211066|pmid = 3350795|journal = Journal of Bacteriology|year = 1988|volume = 170|issue = 4|pages = 1984–1985}}</ref>

== Distribuição ==
As espécies de ''Azotobacter'' são ubíquas em solos de pH neutro ou ligeiramente alcalino, mas não em ácidos.<ref>{{Cite journal|author = Yamagata U., Itano A.|title= Physiological Study of Azotobacter chroococcum, beijerinckii and vinelandii types|pmc=379037|pmid = 16559016|journal = Journal of Bacteriology|year = 1923|volume = 8|issue = 6|pages = 521–531}}</ref> Tamén se encontran en solos da zona ártica e antártica, a pesar do clima frío reinante alí, curta estación de crecemento e valores de pH do solo relativamente baixos.<ref>{{Cite journal|author = Boyd W. L., Boyd J. W.|title= Presence of Azotobacter species in Polar Regions|pmc=277747|pmid = 16561931|journal = Journal of Bacteriology|year = 1962|volume = 83|issue = 2|pages = 429–430}}</ref> En solos secos, ''Azotobacter'' pode sobrevivir en forma de quistes ata 24 anos.<ref>{{Cita publicación periódica|author = Moreno J., Gonzalez-Lopez J., Vela G. R.|title= Survival of Azotobacter spp. in Dry Soils|pmc=238827|pmid = 16346962|journal = Applied and Environmental Microbiology|year = 1986
|volume = 51|issue = 1|pages = 123–125}}</ref>

Representantes do género ''Azotobacter'' também vivem em ambientes aquáticos, inclusive em águas doces<ref>{{Cite journal|doi = 10.2307/1936516|author = Johnstone D. B.|title= Isolation of Azotobacter Insignis From Fresh Water|journal = Ecology|year = 1967|volume = 48|issue = 4|pages = 671–672|jstor=1936516}}</ref> e pantanos salobres.<ref>{{Cite journal|author = Dicker H. J., Smith D. W.|title= Enumeration and Relative Importance of Acetylene-Reducing (Nitrogen-Fixing) Bacteria in a Delaware Salt Marsh|pmc=291468|pmid = 16345564|journal = Applied and Environmental Microbiology|year = 1980|volume = 39|issue = 5|pages = 1019–1025}}</ref> Vários membros estão associados a plantas e encontram-se na [[rizosfera]], estabelecendo certas relações com as raízes das plantas.<ref>{{Cite journal|author = van Berkum P., Bohlool B.|title= Evaluation of Nitrogen Fixation by Bacteria in Association with Roots of Tropical Grasses|pmc=373190|pmid = 6775181|journal = Microbiological Reviews|year = 1980|volume = 44|issue = 3|pages = 491–517}}</ref> Algumas cepas encontram-se também nos casulos da minhoca da espécie ''[[Eisenia fetida]]''.<ref>{{Cite journal|author = Zachmann J. E., Molina J. A. E.|title= Presence of Culturable Bacteria in Cocoons of the Earthworm Eisenia fetida|pmc=182179|pmid = 16348968|journal = Applied and Environmental Microbiology|year = 1993|volume = 59|issue = 6|pages = 1904–1910}}</ref>

== Fixação do nitrogénio ==
{{Artigo principal|Fixação do nitrogénio}}
As ''Azotobacter'' são bactérias fixadoras de nitrogénio de vida livre, o que as diferencia das espécies de ''[[Rhizobium]]'', que actuam em [[nódulo radicular|nódulos radiculares]]. As ''Azotobacter'' normalmente fixam o nitrogénio molecular da atmosfera sem estabelecerem relações [[simbiose|simbióticas]] com as plantas, ainda que também existam algumas espécies de ''Azotobacter'' que estão associadas com plantas.<ref>{{Cite journal|author = Kass D. L., Drosdoff M., Alexander M.|title= Nitrogen Fixation by Azotobacter paspali in Association with Bahiagrass (''Paspalum notatum'')|journal = Soil Science Society of America Journal|year = 1971|issue = 35|pages = 286–289|doi = 10.2136/sssaj1971.03615995003500020031x|volume = 35}}</ref> A fixação do nitrogénio é inibida na presença de fontes de nitrogénio disponíveis, como iões amónio e nitratos.<ref>{{Cite journal|author = Bürgmann H., Widmer F., Sigler W. V, Zeyer J.|title= mRNA Extraction and Reverse Transcription-PCR Protocol for Detection of nifH Gene Expression by Azotobacter vinelandii in Soil|pmid=12676666|pmc = 154784|doi=10.1128/AEM.69.4.1928-1935.2003|journal = Applied and Environmental Microbiology|year = 2003|volume = 69|issue = 4|pages = 1928–1935}}</ref>

As ''Azotobacter'' necessitam de uma ampla variedade e enzimas para a fixação do nitrogénio, entre as quais: [[ferredoxina]], [[hidrogenase]] e a importante enzima [[nitrogenase]]. O processo de fixação do nitrogénio requer um fluxo de energia em forma de [[adenosina trifosfato]] (ATP). A fixação do nitrogénio é bastante sensível à presença de oxigénio, e, portanto, as ''Azotobacter'' desenvolveram um mecanismo defensivo especial contra o oxigénio, que consiste principalmente numa intensificação significativa do [[metabolismo]] que reduz a concentração de oxigénio nas células.<ref>{{Cite journal|author = Shank Yu, Demin O., Bogachev AV|title= Respiratory Protection nitrogenase complex in Azotobacter vinelandii|url= http://www.inbi.ras.ru/ubkh/45/bertsova.pdf|journal = Success Biological Chemistry| type = Sat|year = 2005|volume = 45|pages = 205–234}}</ref> Existe também uma proteína protectora da nitrogenase especial chamada ''Shethna'', que protege a nitrogenase e está implicada na proteção das células do oxigénio. Os [[mutante (biologia)|mutantes]] que não produzem esta proteína morrem por causa do oxigénio durante a fixação do nitrogénio na ausência de uma fonte de nitrogénio no meio.<ref>{{Cite journal|doi = 10.1128/JB.182.13.3854-3857.2000|author = Maier R. J., Moshiri F.|title= Role of the Azotobacter vinelandii Nitrogenase-Protective Shethna Protein in Preventing Oxygen-Mediated Cell Death|pmid=10851006|journal = Journal of Bacteriology|volume = 182|year = 2000|issue = 13|pages = 3854–3857|pmc = 94562}}</ref> Os iões [[ácido homocítrico|homocitrato]] desempenham um determinado papel no processo de fixação do nitrogénio por ''Azotobacter''.<ref>{{Cite journal|doi = 10.1042/BJ20060102|author = Durrant M. C., Francis A., Lowe D. J., Newton W. E., Fisher K.|title= Evidence for a dynamic role for homocitrate during nitrogen fixation: the effect of substitution at the α-Lys<sup>426</sup> position in MoFe-protein of Azotobacter vinelandii|pmc=1513279|pmid = 16566750|journal = Biochemistry Journal|year = 2006|volume = 397|issue = 2|pages = 261–270}}</ref>

=== Nitrogenase ===
{{Artigo principal|Nitrogenase}}
A nitrogenase é a enzima mais importante envolvida na fixação do nitrogénio. As espécies de ''Azotobacter''possuem vários tipos de nitrogenase. O tipo básico é a nitrogenase de molibdénio-ferro.<ref>{{Cite journal|author = Howard J. B., Rees D. C.|title= How many metals does it take to fix N2? A mechanistic overview of biological nitrogen fixation|pmid=17088547|journal = Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America|year = 2006|volume = 103|issue = 46|pages = 17088–17093|pmc = 1859894|doi = 10.1073/pnas.0603978103}}</ref> Um tipo alternativo é a [[nitrogenase de vanádio]]; que é independente dos iõess de molibdénio<ref>{{Cite journal|doi = 10.1128/AEM.02236-07|author = Bellenger J. P., Wichard T., Kraepiel A. M. L.|title= Vanadium Requirements and Uptake Kinetics in the Dinitrogen-Fixing Bacterium Azotobacter vinelandii|pmc=2258613|pmid=18192412|journal = Applied and Environmental Microbiology|year = 2008|volume = 74|issue = 5|pages = 1478–1484}}</ref><ref>{{Cite journal|doi = 10.1128/JB.185.7.2383-2386.2003|author = Rüttimann-Johnson C., Rubio L. M., Dean D. R., Ludden P. W.|title= VnfY Is Required for Full Activity of the Vanadium-Containing Dinitrogenase in Azotobacter vinelandii|pmid=12644512|journal = Journal of Bacteriology|year = 2003|volume = 185|issue = 7|pages = 2383–2386
|pmc = 151482}}</ref><ref>{{Cita publicación periódica|author = Robson R. L., Eady R. R., Richardson T. H., Miller R. W., Hawkins M., Postgate J. R.|title= The alternative nitrogenase of Azotobacter chroococcum is a vanadium enzyme|doi=10.1038/322388a0|journal = Nature|year = 1986|volume = 322|pages = 388–390|issue=6077}}</ref> e é mais activa do que a nitrogenase de Mo-Fe a baixas temperaturas. Deste modo, pode fixar nitrogénio a temperaturas baixas de até 5&nbsp;°C e a sua actividade a temperaturas baixas é 10 vezes maior do que a da nitrogenase de Mo-Fe.<ref>{{Cite journal|author = Miller R. W., Eady R. R.|title= Molybdenum and vanadium nitrogenases of Azotobacter chroococcum. Low temperature favours N2 reduction by vanadium nitrogenase|pmc=1135427|journal = Biochemistry Journal|year = 1988|volume = 256|issue = 2|pages = 429–432|pmid=3223922}}</ref> O denominado ''cluster'' P desempenha um importante papel na maturação da nitrogenase de Mo-Fe.<ref>{{Cite journal|author = Hu Y., Fay A. W., Lee C. C., Ribbe M. W.|title= P-cluster maturation on nitrogenase MoFe protein|journal = Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America|year = 2007|pmid = 17563349|pmc = 1965529|doi=10.1073/pnas.0704297104 |volume = 104|issue = 25|pages = 10424–10429}}</ref> A síntese da nitrogenase é controlada pelos genes ''nif''.<ref>{{Cite journal|doi = 10.1073/pnas.0501216102|author = Curatti L., Brown C. S., Ludden P. W., Rubio L. M.|title= Genes required for rapid expression of nitrogenase activity in Azotobacter vinelandii|pmid=15845763|journal = Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America|year = 2005|volume = 102|issue = 18|pages = 6291–6296|pmc = 1088376}}</ref> A fixação do nitrogénio é regulada pela proteína amplificadora NifA e a [[flavoproteína]] "detectora" NifL, que modula a activação da transcrição genética da fixação do nitrogénio a partir de um sistema de comutação dependente de [[redox]].<ref>{{Cite journal
|doi = 10.1073/pnas.93.5.2143|author = Hill S., Austin S., Eydmann T., Jones T., Dixon R.|title= Azotobacter vinelandii NIFL is a flavoprotein that modulates transcriptional activation of nitrogen-fixation genes via a redox-sensitive switch|pmc=39924|pmid = 8700899|journal = Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America|year = 1996|volume = 93|issue = 5|pages = 2143–2148}}</ref> Este mecanismo regulador, que depende de duas proteínas que formam complexos entre si, é pouco comum no controlo de outros sistemas.<ref>{{Cite journal|doi = 10.1128/JB.183.4.1359-1368.2001|author = Money T., Barrett J., Dixon R., Austin S.|title= Protein-Protein Interactions in the Complex between the Enhancer Binding Protein NIFA and the Sensor NIFL from Azotobacter vinelandii|pmid=11157949|journal = Journal of Bacteriology|year = 2001|volume = 183|issue = 4|pages = 1359–1368|pmc = 95010}}</ref>


{{Referências|col=2}}
{{Referências|col=2}}

Revisão das 08h51min de 20 de janeiro de 2016

 Nota: Não confundir com Acetobacter.
Como ler uma infocaixa de taxonomiaAzotobacter
Células de Azotobacter sp. tinguidas con hematoxilina de ferro de Heidenhain, a 1000 aumentos.
Células de Azotobacter sp. tinguidas con hematoxilina de ferro de Heidenhain, a 1000 aumentos.
Classificação científica
Domínio: Bacteria
Filo: Proteobacteria
Classe: Gammaproteobacteria
Ordem: Pseudomonadales
Família: Pseudomonadaceae/Azotobacteraceae
Género: Azotobacter
Espécies
Azotobacter agilis

Azotobacter armeniacus
Azotobacter sp. AR
Azotobacter beijerinckii
Azotobacter chroococcum
Azotobacter sp. DCU26
Azotobacter sp. FA8
Azotobacter nigricans
Azotobacter paspali
Azotobacter salinestris
Azotobacter tropicalis
Azotobacter vinelandii

Azotobacter é um género de bactérias esféricas ou ovais Gram negativas geralmente móveis, que formam quistos de paredes espessas e podem produzir grandes quantidades de mucosidade capsular. São aeróbicas, de vida livre, e vivem principalmente nos solos, onde desempenham um importante papel no ciclo do nitrogénio da natureza, uma vez que podem captar nitrogénio atmosférico, o qual é inacessível directamente para as plantas, e libertam em forma de iões de amónio no solo. A espécies deste género, para além de servirem como organismos modelo, são utilizadas para a produção de biofertilizantes, aditivos alimentares e algunsbiopolímeros. O primeiro representante deste género, Azotobacter chroococcum, foi descoberto e descrito em 1901 pelo microbiólogo e botânico holandês Martinus Beijerinck. As Azotobacter encontram-se em solos neutros e alcalinos,[1][2] na água e em associação com algumas plantas.[3][4]

Características biológicas

Morfologia

As células do género Azotobacter são relativamente grandes para o tamanho normal duma bactéria (1–2 micrómetros de diâmetro). São geralmente ovais, mas podem adoptar várias formas desde a de bacilos à de cocos. Em preparações microscópicas, as células podem estar dispersas ou formar grupos irregulares ou ocasionalmente cadeias de vários tamanhos. Em cultivos frescos, as células são móveis devido aos seus numerosos flagelos.[5] Posteriormente, as células perden a súa mobilidade, fanse case esféricas e producen unha grosa capa de mucosidade, formando a cápsula da célula. A forma da célula está afectada polo aminoácido glicina, que está presente na peptona do meio nutritivo.[6]

Em observações ao microscópio as células apresentam inclusões, algumas das quais se encontram coloreadas. Em inícios da década de 1900, considerava-se que as inclusões coloreadas eram "grãos reprodutivos", ou gonidia, um tipo de células embrionárias.[7] Mas mais tarde demonstrou-se que os grânulos não participavam na divisão da célula.[8] Os grânulos coloreados são compostos por volutina, enquanto que as inclusões incolores são pingas de gordura que atuam como reservas energéticas.[9]

Quistos

Os quistos do género Azotobacter são mais resistentes a factores ambientais adversos do que as células vegetativas, e em particular, são duas vezes mais resistentes à luz ultravioleta. São também resistentes à secagem, ultrassons e irradiação solar e gamma, mas não ao calor.[10]

A formação de quistos é induzida por mudanças na concentração de nutrientes no meio e pela adição dalgumas substâncias orgânicas como o etanol, n-butanol ou β-hidroxibutirato. Em meios líquidos é rara a formação de quistos.[11] A formação de quistos é induzida por factores químicos e é acompanhada por alterações metabólicas, que afectam o catabolismo, respiração celular e biossíntese de macromoléculas;[12] esta também é afectada pelas aldeído desidrogenase[13] e pelo regulador transcricional AlgR.[14]

O quisto de Azotobacter é esférico e consiste do chamado corpo central (uma cópia reduzida de células vegetativas com vários vacúolos) e a cobertura de duas camadas. A parte interna da cobertura chama-se intina e tem uma estrutura fibrosa.[15] A parte externa apresenta uma estrutura cristalina hexagonal, a qual se denomina exina.[16] A exina é parcialmente hidrolizada pela tripsina e é resistente ao lisozima, ao contrario do corpo central.[17] O corpo central pode isolar-se num estado viável com alguns agentes quelantes.[18] Os principais constituintes da cobertura externa são os alquilresorcinóis, compostos por longas cadeias alifáticas e anéis aromáticos. Os alquilresorcinóis tambén se encontram noutras bactérias, animais e plantas.[19]

Germinação de quistos

Os quistos do género Azotobacter são a forma de repouso de uma célula vegetativa; contudo, enquanto as células vegetativas são reprodutoras, o quisto de Azotobacter não serve para a reprodução, senão para resistir a factores ambientais adversos. Depois de recuperadas as condições ambientais ideais, que incluem um determinado valor de pH, temperatura e fontes de carbono, os quistos germinam e as células vegetativas originadas começam a multiplicar-se por fissão simples. Durante a germinação, os quistos sofrem danos e libertam uma célula vegetativa maior. Microscopicamente, a primeira manifestação de germinação consiste na diminuição gradual na refração da luz dos quistos, que se detecta com o microscópio de contraste de fase. A germinação de quistos é um processo lento que demora entre 4 e 6 horas. Durante a germinação, o corpo central cresce e captura os grânulos de volutina que se encontram localizados na intina (a camada mais interna). Depois a exina eclode e a célula vegetativa liberta-se da exina, a qual possui uma forma característica de ferradura.[20] Este processo é acompanhado por alterações metabólicas. Imediatamente depois de lhes serem subministrada uma fonte de carbono, os quistos começam a absorver oxigénio e emitem dióxido de carbono; o ritmo deste processo aumenta gradualmente e satura em 4 horas. A síntese de proteínas e ARN, ocorre paralelamente, mas só se intensifica depois de passadas 5 horas desde a adição da fonte de carbono. A síntese de ADN e fixação do nitrogénio têm início 5 horas depois da adição de glicose num meio nutriente sem nitrogénio.[21]

A germinação dos quistos é acompanhada por mudanças na intina, visíveis com microscópio electrónico. A intina é formada por carboidratos, lípidos e proteínas, e tem quase o mesmo volume que o corpo central. Durante a germinação dos quistos, a intina hidroliza-se e a célula utiliza-a para a síntese dos seus componentes.[22]

Propriedades fisiológicas

O género Azotobacter apresenta respiração aeróbia, recebendo energia de reacções redox, e utiliza compostos orgânicos como doadores de electrões. As Azotobacter podem utilizar diversos carboidratos, alcoóis e sais de ácidos orgânicos como fontes de carbono, e podem fixar pelo menos 10 microgramas de nitrogénio por grama de glicose consumida. Para esta fixação do nitrogénio são necessários iões molibdénio, mas podem ser parcialmente substituídos por iões vanádio, ou mesmo prescindir de ambos. As fontes de nitrogénio podem ser nitratos, iões amónio ou aminoácidos. O pH ideal para o crescimento e a fixação de nitrogénio é de 7,0–7,5, mas o crescimento é mantido no intervalo de pH entre 4,8 e 8,5.[23] As Azotobacter podem também crescer mixotroficamente, num meio sem nitrogénio que contenha manose; este modo de crescimento depende do hidrogénio. O hidrogénio encontra-se disponível no solo, assim, este modo de crescimento pode ocorrer na natureza.[24]

Quando crescem, as Azotobacter produzem colónias planas, viscosas como uma pasta com um diâmetro de 5–10 mm, as quais podem formar biofilmes em meios nutrientes líquidos. As colónias podem ser castanhas escuras, verdes ou doutra cor, ou mesmo incolores, dependendo da espécie. Crescem melhor a uma temperatura de 20–30 °C.[25]

As bactérias do género Azotobacter apresentam inclusões intracelulares de polihidroxialcanoatos sob determinadas condições ambientais (por exemplo, falta de elementos como fósforo, nitrogénio, ou oxigénio combinada com um suprimento excessivo de fontes de carbono).

Pigmentos

O género Azotobacter produz pigmentos. Por exemplo, o Azotobacter chroococcum forma um pigmento de melanina hidrossolúvel castanho escuro. Este processo ocorre num alto nível metabólico durante a fixação do nitrogénio, e pensa-se que protege o sistema da nitrogenase dos efeitos do oxigénio.[26] Outras especies de Azotobacter producen pigmentos con cores desde o amarelo verdoso ao púrpura,[27] entre eles um pigmento verde que é fluorescente com luz amarelo-esverdeada e outro com fluorescência azul esbranquiçado.[28]

Genoma

Foi parcialmente determinada a sequência de nucleótidos do cromossoma de Azotobacter vinelandii cepa AvOP. Este cromossoma é uma uma molécula de ADN circular que contém 5 342 073 pares de bases e 5.043 genes, dos quais 4.988 codificam proteínas. A fracção de pares G + C é de 65 moles por cento. O número de cromossomas nas células e o conteúdo de ADN aumenta conforme a idade da célula e na fase de crescimento estacionária, os cultivos podem conter mais de 100 cópias dum cromossoma por célula. O conteúdo original de ADN (uma cópia) é restaurado na replantação do cultivo num meio fresco.[29] Para além do ADN cromossómico, o Azotobacter pode conter plasmídeos.[30]

Distribuição

As espécies de Azotobacter são ubíquas em solos de pH neutro ou ligeiramente alcalino, mas não em ácidos.[31] Tamén se encontran en solos da zona ártica e antártica, a pesar do clima frío reinante alí, curta estación de crecemento e valores de pH do solo relativamente baixos.[32] En solos secos, Azotobacter pode sobrevivir en forma de quistes ata 24 anos.[33]

Representantes do género Azotobacter também vivem em ambientes aquáticos, inclusive em águas doces[34] e pantanos salobres.[35] Vários membros estão associados a plantas e encontram-se na rizosfera, estabelecendo certas relações com as raízes das plantas.[36] Algumas cepas encontram-se também nos casulos da minhoca da espécie Eisenia fetida.[37]

Fixação do nitrogénio

Ver artigo principal: Fixação do nitrogénio

As Azotobacter são bactérias fixadoras de nitrogénio de vida livre, o que as diferencia das espécies de Rhizobium, que actuam em nódulos radiculares. As Azotobacter normalmente fixam o nitrogénio molecular da atmosfera sem estabelecerem relações simbióticas com as plantas, ainda que também existam algumas espécies de Azotobacter que estão associadas com plantas.[38] A fixação do nitrogénio é inibida na presença de fontes de nitrogénio disponíveis, como iões amónio e nitratos.[39]

As Azotobacter necessitam de uma ampla variedade e enzimas para a fixação do nitrogénio, entre as quais: ferredoxina, hidrogenase e a importante enzima nitrogenase. O processo de fixação do nitrogénio requer um fluxo de energia em forma de adenosina trifosfato (ATP). A fixação do nitrogénio é bastante sensível à presença de oxigénio, e, portanto, as Azotobacter desenvolveram um mecanismo defensivo especial contra o oxigénio, que consiste principalmente numa intensificação significativa do metabolismo que reduz a concentração de oxigénio nas células.[40] Existe também uma proteína protectora da nitrogenase especial chamada Shethna, que protege a nitrogenase e está implicada na proteção das células do oxigénio. Os mutantes que não produzem esta proteína morrem por causa do oxigénio durante a fixação do nitrogénio na ausência de uma fonte de nitrogénio no meio.[41] Os iões homocitrato desempenham um determinado papel no processo de fixação do nitrogénio por Azotobacter.[42]

Nitrogenase

Ver artigo principal: Nitrogenase

A nitrogenase é a enzima mais importante envolvida na fixação do nitrogénio. As espécies de Azotobacterpossuem vários tipos de nitrogenase. O tipo básico é a nitrogenase de molibdénio-ferro.[43] Um tipo alternativo é a nitrogenase de vanádio; que é independente dos iõess de molibdénio[44][45][46] e é mais activa do que a nitrogenase de Mo-Fe a baixas temperaturas. Deste modo, pode fixar nitrogénio a temperaturas baixas de até 5 °C e a sua actividade a temperaturas baixas é 10 vezes maior do que a da nitrogenase de Mo-Fe.[47] O denominado cluster P desempenha um importante papel na maturação da nitrogenase de Mo-Fe.[48] A síntese da nitrogenase é controlada pelos genes nif.[49] A fixação do nitrogénio é regulada pela proteína amplificadora NifA e a flavoproteína "detectora" NifL, que modula a activação da transcrição genética da fixação do nitrogénio a partir de um sistema de comutação dependente de redox.[50] Este mecanismo regulador, que depende de duas proteínas que formam complexos entre si, é pouco comum no controlo de outros sistemas.[51]

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