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Microorganismos reductores de metales disimilatorios.

Los microorganismos reductores de metales disimilatorios son un grupo de microorganismos (tanto bacterias como arqueas ) que pueden realizar respiración anaeróbica utilizando un metal como aceptor terminal de electrones en lugar de oxígeno molecular (O 2 ), que es el aceptor terminal de electrones reducido a agua (H 2 O) . ) en la respiración aeróbica . [1] Los metales más comunes utilizados para este fin son el hierro [Fe(III)] y el manganeso [Mn(IV)], que se reducen a Fe(II) y Mn(II) respectivamente, y la mayoría de los microorganismos que reducen el Fe( III) también puede reducir el Mn(IV). [2] [3] [4] Pero también se utilizan otros metales y metaloides como aceptores terminales de electrones, como el vanadio [V(V)], el cromo [Cr(VI)], el molibdeno [Mo(VI)], el cobalto [ Co(III)], paladio [Pd(II)], oro [Au(III)] y mercurio [Hg(II)]. [1]

Condiciones y mecanismos para la reducción disimilatoria de metales.

Los reductores de metales disimilatorios son un grupo diverso de microorganismos, lo que se refleja en los factores que afectan las diferentes formas de reducción de metales. El proceso de reducción disimilatoria de metales ocurre en ausencia de oxígeno (O 2 ), pero los reductores disimilatorios de metales incluyen tanto anaerobios obligados (estrictos) , como la familia Geobacteraceae , como anaerobios facultativos , como Shewanella spp. [5] Además, en todas las especies de reductores de metales disimilatorios, se utilizan varios donadores de electrones en la reacción oxidativa que se acopla a la reducción de metales. Por ejemplo, algunas especies se limitan a pequeños ácidos orgánicos e hidrógeno (H 2 ), mientras que otras pueden oxidar compuestos aromáticos. En ciertos casos, como la reducción de Cr(VI), el uso de pequeños compuestos orgánicos puede optimizar la tasa de reducción del metal. [6] Otro factor que influye en la respiración del metal es la acidez ambiental. Aunque existen reductores de metales disimilatorios acidófilos y alcalifílicos, el grupo de reductores de metales neutrofílicos contiene los géneros mejor caracterizados. [7] En entornos de suelo y sedimentos, donde el pH suele ser neutro, los metales como el hierro se encuentran en sus formas sólidas oxidadas y exhiben un potencial de reducción variable, lo que puede afectar su uso por parte de los microorganismos. [8]

Debido a la impermeabilidad de la pared celular a los minerales y la insolubilidad de los óxidos metálicos, los reductores metálicos disimilatorios han desarrollado formas de reducir los metales extracelularmente mediante transferencia de electrones. [5] [9] Los citocromos c , que son proteínas transmembrana, desempeñan un papel importante en el transporte de electrones desde el citosol a las enzimas adheridas al exterior de la célula. Luego, los electrones se transportan al aceptor de electrones terminal mediante la interacción directa entre las enzimas y el óxido metálico. [10] [8] Además de establecer contacto directo, los reductores de metales disimilatorios también muestran la capacidad de realizar reducción de metales a distancia. Por ejemplo, algunas especies de reductores de metales disimilatorios producen compuestos que pueden disolver minerales insolubles o actuar como lanzaderas de electrones, lo que les permite realizar la reducción de metales a distancia. [11] Otros compuestos orgánicos que se encuentran frecuentemente en suelos y sedimentos, como los ácidos húmicos, también pueden actuar como lanzaderas de electrones. [12] En las biopelículas , los nanocables y el salto de electrones de varios pasos (en el que los electrones saltan de una célula a otra hacia el mineral) también se han sugerido como métodos para reducir metales sin requerir contacto directo con la célula. [13] [14] Se ha propuesto que los citocromos c están involucrados en ambos mecanismos. [9] [10] En los nanocables, por ejemplo, los citocromos c funcionan como el componente final que transfiere electrones al óxido metálico. [10]

Aceptadores terminales de electrones

Se ha observado que una amplia gama de minerales que contienen Fe (III) funcionan como aceptores terminales de electrones, incluidos magnetita, hematita, goethita, lepidocrocita, ferrihidrita, óxido férrico hidratado, esmectita, illita y jarosita, entre otros. [15]

Formación de minerales secundarios

En los sistemas naturales, se pueden formar minerales secundarios como subproducto de la reducción bacteriana de metales. [16] Los minerales secundarios comúnmente observados producidos durante la biorreducción experimental mediante reductores metálicos disimilatorios incluyen magnetita, siderita, óxido verde, vivianita y carbonato de Fe (II) hidratado.

Géneros que incluyen reductores de metales disimilatorios.

Referencias

  1. ^ ab Lloyd, Jonathan R. (1 de junio de 2003). "Reducción microbiana de metales y radionúclidos". Reseñas de microbiología FEMS . 27 (2–3): 411–425. doi : 10.1016/s0168-6445(03)00044-5 . ISSN  0168-6445. PMID  12829277.
  2. ^ Precioso, DR (1991). "Reducción disimilatoria de Fe (III) y Mn (IV)". Revisiones microbiológicas . 55 (2): 259–287. doi : 10.1128/mmbr.55.2.259-287.1991 . PMC 372814 . PMID  1886521. 
  3. ^ Encantador, Dr. Derek (2013). "Procariotas reductores disimilatorios de Fe (III) y Mn (IV)". En Rosenberg, Eugenio; DeLong, Edward F.; Lory, Stephen; Stackebrandt, Erko; Thompson, Fabiano (eds.). Los procariotas: fisiología y bioquímica procariotas . Springer Berlín Heidelberg. págs. 287–308. doi :10.1007/978-3-642-30141-4_69. ISBN 9783642301407.
  4. ^ Weber, Karrie A.; Achenbach, Laurie A.; Coates, John D. (1 de octubre de 2006). "Microorganismos que bombean hierro: oxidación y reducción de hierro microbiana anaeróbica". Reseñas de la naturaleza Microbiología . 4 (10): 752–764. doi :10.1038/nrmicro1490. ISSN  1740-1534. PMID  16980937. S2CID  8528196.
  5. ^ ab Shi, Liang; Squier, Thomas C.; Zachara, John M.; Fredrickson, James K. (1 de julio de 2007). "Respiración de (hidr) óxidos metálicos por Shewanella y Geobacter: un papel clave para los citocromos multihemáticos de tipo c". Microbiología Molecular . 65 (1): 12-20. doi :10.1111/j.1365-2958.2007.05783.x. ISSN  1365-2958. PMC 1974784 . PMID  17581116. 
  6. ^ Lloyd, Jonathan R. (1 de junio de 2003). "Reducción microbiana de metales y radionúclidos". Reseñas de microbiología FEMS . 27 (2–3): 411–425. doi : 10.1016/S0168-6445(03)00044-5 . ISSN  1574-6976. PMID  12829277.
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