Tema 10. Reacciones de abastecimiento en autótrofos

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Questions and Answers

Cuál de las siguientes bacterias se considera un oxidador de hierro extremófilo que puede sobrevivir a un pH por debajo de 0?

Ferroplasma (correct)

Acidothiobacillus ferrooxidans

Leptospirillum ferrooxidans

Gallionella ferruginea

Qué sucede con el hierro ferroso (Fe2+) cuando se expone al oxígeno (O2) en aguas subterráneas anóxicas?

Se transforma en sulfato

Se reduce a hierro metálico

Se oxida espontáneamente a Fe3+ (correct)

Forma complejos con agua

Cuál es el rango de pH óptimo para el crecimiento de las bacterias Acidothiobacillus ferrooxidans?

pH entre 2 y 3 (correct)

pH entre 6 y 7

pH entre 4 y 5

pH por debajo de 1

Cuál de las siguientes proteínas se encuentra en la cadena respiratoria de Acidothiobacillus ferrooxidans?

Citocromo c Signup and view all the answers

Qué efecto tiene la oxidación del hierro sobre el pH en ambientes acuáticos?

Baja el pH Signup and view all the answers

Cuál es el carácter del par redox Fe3+/Fe2+ a pH ácido, significativo para el estudio de la bioenergética?

E0' = +0,77 V Signup and view all the answers

Cuál de las siguientes bacterias se relaciona comúnmente con el entorno de aguas de escorrentía de minas de carbón?

Acidothiobacillus ferrooxidans Signup and view all the answers

¿Cuál es el papel de las bacterias que oxidan hierro en ambientes ácidos?

Forman precipitados de hierro férrico. Signup and view all the answers

¿Qué condición es necesaria para que el hierro ferroso sea oxidado por quimiolitótrofos?

Condiciones anóxicas. Signup and view all the answers

¿Cuál es una de las reacciones que se inicia gracias al transporte de electrones del Fe2+?

Fijación del CO2. Signup and view all the answers

En el proceso de nitrificación, ¿qué se produce a partir del amoniaco (NH3)?

Nitrito (NO2-). Signup and view all the answers

¿Qué bacterias son responsables de la oxidación del nitrito a nitrato?

Oxidadores de nitrito. Signup and view all the answers

¿Cuál es el donador de electrones en las bacterias nitrificantes que realizan la oxidación del amoniaco?

Amoniaco (NH3). Signup and view all the answers

¿Cuál es el producto final cuando las bacterias quimiolitótrofas utilizan nitrato (NO3-) como aceptor de electrones?

Nitrógeno molecular (N2). Signup and view all the answers

¿Cómo se comporta el potencial de reducción de Fe3+/Fe2+ a pH neutro en comparación con pH ácido?

Es significativamente más electronegativo. Signup and view all the answers

¿Qué ocurre con el ion Fe2+ en la oxidación del hierro en A. ferrooxidans?

Es convertido a Fe3+ mediante la oxidación. Signup and view all the answers

¿Qué rol desempeña la rusticianina en la cadena de transporte electrónico de A. ferrooxidans?

Actúa como aceptor de electrones después de la oxidación de Fe2+. Signup and view all the answers

¿Cuál es la principal fuente de protones para A. ferrooxidans en su ambiente ácido?

La reducción del oxígeno en la cadena de transporte electrónico. Signup and view all the answers

¿Qué limitación enfrenta A. ferrooxidans al intentar producir ATP a partir de su fuerza protonmotriz?

Requiere un donador de electrones para que la reacción ocurra. Signup and view all the answers

¿Cuál es el ciclo metabolic que sustenta la autotrofía en A. ferrooxidans?

Ciclo de Calvin. Signup and view all the answers

¿Qué genera una alta demanda energética en A. ferrooxidans?

Las reacciones del ciclo de Calvin para la fijación de CO2. Signup and view all the answers

¿Qué sucederá si A. ferrooxidans no puede oxidar Fe2+ adecuadamente?

No podrá fijar el CO2 efectivamente. Signup and view all the answers

¿Cuál es un aspecto termodinámico importante en la oxidación de Fe2+ en A. ferrooxidans?

La reacción es ligeramente desfavorable pero es impulsada por la reacción subsiguiente. Signup and view all the answers

¿Qué se observa en el pH del periplasma de A. ferrooxidans?

Es altamente ácido, favoreciendo la transferencia de electrones. Signup and view all the answers

Study Notes

Bacterias del Hierro

Las bacterias del hierro oxidan el hierro ferroso (Fe2+) a hierro férrico (Fe3+) para obtener energía.
Las bacterias del hierro mejor conocidas son Acidothiobacillus ferrooxidans y Leptospíríllum ferrooxídans.
Estas bacterias pueden crecer autotróficamente usando el hierro ferroso como donador de electrones.
Son acidófilas, creciendo óptimamente a un pH entre 2 y 3.
Se encuentran comúnmente en ambientes contaminados por ácidos, como aguas de escorrentía de minas de carbón.
Ferroplasma, una especie de arquea, es un oxidador de hierro extremadamente acidófilo que puede crecer a pH por debajo de 0.
En ambientes neutros, el Fe2+ se oxida espontáneamente a Fe3+, por lo que las bacterias del hierro se encuentran en zonas donde el Fe2+ está en transición de condiciones anóxicas a óxicas.

Bioenergética de la Oxidación del Hierro

La cadena respiratoria de A. ferrooxidans contiene citocromos c y aa3, y una proteína periplasmática con cobre llamada rusticianina.
La oxidación del hierro inicia en la membrana externa, donde la célula entra en contacto con Fe2+ soluble o minerales de hierro ferroso insolubles.
El Fe2+ se oxida a Fe3+, una transición de un solo electrón por un citocromo c de la membrana externa que transfiere electrones al periplasma.
En el periplasma, la rusticianina (E0' = +0,68 V) actúa como aceptor de electrones.
La rusticianina luego reduce un citocromo c que transfiere los electrones al citocromo aa3.
Finalmente, el citocromo aa3 reduce el O2 a H2O.

Autotrofía en A. ferrooxidans

A. ferrooxidans utiliza el ciclo de Calvin para la autotrofia.
Debido al gran potencial de reducción del Fe3+/Fe2+, se necesita mucha energía para generar el poder reductor (NADH) requerido para la fijación de CO2.
El NADH se forma por la reducción de NAD+ con electrones del Fe2+ que son forzados a regresar al citocromo bc1.
El rendimiento energético de la oxidación del hierro ferroso es bajo, lo que obliga a A. ferrooxidans a oxidar grandes cantidades de Fe2+ para producir incluso una pequeña cantidad de material celular.

Oxidación del Hierro Ferroso en Condiciones Anóxicas

Algunas bacterias quimiolitótrofas y fotótrofas anoxigénicas pueden oxidar el hierro ferroso en condiciones anóxicas.
El Fe2+ puede usarse como donador de electrones en el metabolismo energético (quimiolitótrofos) o como reductor para la fijación del CO2 (fotótrofos).
En condiciones neutras, el potencial de reducción de Fe3+/Fe2+ es menor que en condiciones ácidas (+0,2 V frente a +0,77 V).
Los quimiolitótrofos utilizan nitrato (NO3-) como aceptor de electrones, produciendo nitrito (NO2-) o nitrógeno molecular (N2) como producto final.
Las bacterias rojas y verdes que oxidan el Fe2+ pueden usar Fe2+ o sulfuro de hierro (FeS) como donador de electrones.

Nitrificación y Anamox

Los compuestos inorgánicos de nitrógeno reducido, amoniaco (NH3) y nitrito (NO2-), se oxidan en condiciones aerobias por las bacterias nitrificantes quimiolitótrofas en el proceso de nitrificación.
En condiciones anóxicas, el amoniaco también es oxidado por bacterias anamox.
Las bacterias nitrificantes y las bacterias anamox están ampliamente distribuidas en suelos, agua, aguas residuales y en el mar.
En condiciones óxicas, las bacterias y arqueas nitrificantes oxidan el amoniaco a nitrito, mientras que un grupo distinto de bacterias oxida el nitrito a nitrato.

Oxidación de Compuestos Reducidos de Azufre

Los microorganismos que oxidan el azufre pueden almacenar granos de azufre dentro de la célula, utilizando componentes del sistema Sox.
Sin embargo, carecen de la sulfuro deshidrogenasa SoxCD.
En ausencia de esta enzima, un átomo de azufre unido a SoxYZ se adiciona a un gránulo de azufre en formación.
El azufre de este gránulo puede ser reducido y transportado al citoplasma donde se oxidará a sulfito.
El sulfito se oxida a sulfato, obteniendo dos electrones.
Esta oxidación produce un enlace rico en fosfato que se puede utilizar para la fosforilación a nivel de sustrato.

Conclusion

Las reacciones de oxidación de compuestos inorgánicos, como el hierro y el azufre, son importantes en la biogeoquímica y el ciclo de nutrientes.
Estas reacciones proporcionan energía para el crecimiento de organismos quimiolitótrofos y conducen a la formación de compuestos esenciales para otros organismos.

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Description

Este cuestionario explora el papel de las bacterias del hierro en la oxidación del hierro ferroso. Se abordan detalles sobre las especies más conocidas, sus características de crecimiento y su importancia en ambientes ácidos. Ideal para estudiantes de microbiología y bioquímica.