Microbiologie generala

download Microbiologie generala

of 25

  • date post

    10-Aug-2015
  • Category

    Documents

  • view

    102
  • download

    19

Embed Size (px)

Transcript of Microbiologie generala

UNIVERSITATEA DE TIINE AGRICOLE I MEDICINA VETERINAR CLUJ-NAPOCA

ROLUL MICROORGANISMELOR N CIRCUITUL ELEMENTELOR N NATURDoctorand HOREA OLOSUTEAN Coordonator Prof. univ.dr. LETIIA OPREAN

CLUJ-NAPOCA

20091. Microorganismele Noiunea de microorganism se refer la un grup vast i eterogen de organisme, diferite din punct de vedere morfologic, al activitii biologice sau al poziiei sistematice (Zarnea, 1970, p. 11), reunite de cteva caractere comune: - dimensiuni reduse (microscopice), care le fac invizibile cu ochiul liber, i vizibile doar la microscopul optic (fotonic) sau electronic; - organizarea n general unicelular, rar cenocitice sau pluricelulare (Morari, 2003, p.11); - structur intern relativ simpl; - ocuparea unei poziii inferioare pe scara filogenetic. Micoorganismele ca obiect de studiu aparin microbiologiei, tiin care studiaz urmtoarele grupuri taxonomice, n ordinea relativ a complexitii lor structurale: - prionii: entiti proteice infecioase, lipsite de material genetic propriu; - viroizii: entiti infecioase alctuite din ARN liber; - virui: entiti corpusculare infecioase, incapabile de existen autonom n afara unei celule vii; - bacteriile: organisme unicelulare fr nucleu clar difereniat; - archaea: organisme similare bacteriilor, difereniate de acestea pe baza structurii genetice i a unor particulariti de organizare, specifice, n general, mediilor extreme; - alge microscopice; - ciuperci microscopice: drojdiile (levurile) i mucegaiurile; - protozoarele. Dei nu sunt organisme propriu-zise, fiind lipsite de atributele structurale i funcionale ale organizrii celulare (Zarnea, 1970, p. 11), prionii, viroizii i viruii sunt ncadrai n categoria microorganismelor (Bloiu et al., 2004, p. 5), datorit respectrii celorlalte caractere comune menionate anterior. 2. Ciclurile naturale ale elementelor Noiunea de ciclu natural al unui element este frecvent utilizat n ecologie i tiinele naturii sub titulatura de ciclu biogeochimic sau ciclu de nutrieni (www.wikipedia.org). n

2

definiie, un astfel de ciclu este o cale prin care un element chimic sau o molecul circul prin compartimentele biotice (biosfera) i abiotice (litosfer, pedosfer, atmosfer i hidrosfer) ale ecosistemului planetar. n esen, elementul este reciclat, dar, n anumite cicluri exist compartimente (denumite rezervoare) unde elementul respectiv se acumuleaz i este stocat pentru o perioad ndelungat de timp. n acest context, se vorbete de rezervoare propriuzise, n care elementul respectiv este stocat, el fiind disponibil ntr-o msur mai mare sau mai mic, i aa numitele imperfeciuni accidentale (Zarnea, 1994, p. 796), respectiv cantiti de materie scoase din circuit prin depunere n forme stabile, pentru intervale mari de timp (cum este cazul carbonului din humus, combustibili fosili, etc.). Elementele chimice, compui chimici, precum i alte forme de materie sunt transmise de la un organism la altul i de la o parte a biosferei la altul prin intermediul acestor cicluri biogeochimice. Cele mai cunoscute i studiate cicluri biogeochimice trateaz circuitul apei, carbonului, oxigenului, sulfului, azotului, fosforului i hidrogenului n ecosistem, datorit dimensiunilor mari i a cantitii mari de materie i energie implicate, dar i a utilitii informaiei din punct de vedere al societii umane. Activitatea microorganismelor este n legtur cu toate aceste cicluri, poate doar cu excepia celui al apei, independent n mare msur de activitatea biologic a acestui grup. Ciclul carbonului implic participarea atmosferei, hidrosferei, pedosferei, litosferei i biosferei, fiind, probabil, cel mai complex circuit natural. Schematic vorbind, carbonul este eliberat n atmosfer n mare parte sub form de dioxid de carbon, provenit din arderea combustibililor fosili, respiraie animal i vegetal, reacii de descompunere a materiei vii, reacii chimice naturale sau provocate antropic ale rocilor calcaroase, erupii vulcanice i fenomene metamorfice, sau eliberare la suprafaa apelor nclzite, de unde este preluat fie de organisme fotosintetizante i prelucrat pentru procese metabolice, fie de apele oceanice i cele interioare i stocat, majoritar n form de ion bicarbonat (n jur de 90% stocat sub aceast form, www.wikipedia.org), sau, n cantiti mici, la suprafaa rocilor calcaroase, prin reacie chimic. n cadrul acestui ciclu, cantiti mari de carbon sunt stocate n patru forme: n mas organic vegetal i animal, n rezerve de carbon din sol, sub form de combustibili fosili, sau sub form ionic n masa apelor oceanice i continentale. Ciclul oxigenului (fig. 1) cuprinde, de asemenea, componente ale tuturor geosferelor, dar este desfurat predominant prin intermediul atmosferei i biosferei, i poate fi descris schematic prin dou procese antagonice: fotosintez (producere de oxigen) i respiraie (consum de oxigen). Oxigenul este stocat n trei rezervoare: litosfera i mantaua (99,5% din 3

oxigen, blocat n roci care conin silicai sau ali oxizi), biosfera (oxigen cuprins n molecule componente ale sistemelor vii) i hidrosfera (oxigenul din compoziia moleculei de ap).

Figura 1. Circuitul simpificat al oxigenului n biosfer (dup Duca i al., 2002, p. 58) Ciclul azotului este de o importan major n procesele biologice, datorit prezenei acestui element n componena aminoacizilor i, deci, a proteinelor, precum i n bazele care constituie structura acizilor nucleici. Ciclul este iniiat de la azotul atmosferic, prezent n cantitate foarte mare (79,05% din compoziia atmosferei), de unde este preluat i fixat n sol i plante, prin mecanisme specifice, pentru a fi, ulterior, eliberat n atmosfer de procese antagonice celor menionate anterior. Majoritatea etapelor acestui ciclu sunt mediate de microorganisme, fie n mod direct, fie indirect (prin simbioz, de exemplu). Ciclul fosforului este, de asemenea, de mare importan biologic, datorit prezenei acestui element n structura acizilor nucleici, dar i n cea a elementelor generatoare de energie n organisme (adenozin fosfaii). Datorit formei solide sub care se gsesc, de obicei, compuii acestui element, atmosfera nu particip la acest ciclu (www.enviroliteracy.org). Fosforul este preluat de productorii primari din sol sau ap, de obicei sub form de ioni (ortofosfatul fiind cel mai frecvent, www.wikipedia.org), este ncorporat n materia organic, urmeaz lanurile trofice, pentru a fi eliberat de aciunea descompuntorilor, i a reajunge n sol sau ap. Ciclul sulfului (fig. 2) n natur este complicat i nu este cunoscut n ntregime. Sulful este rspndit n sistemele biologice, el intrnd n componena a doi aminoacizi: metionina i cisteina. Rolul biologic al sulfului este legat de facilitarea transformrilor oxidoreductoare, care joac rolul principal n formarea structurilor cuaternare ale proteinelor i n restructurarea lor conformaional, dar i de importana acestui element n lanul transportor de electroni. Ciclul cuprinde eliberarea sulfului n atmosfer, fie ca hidrogen sulfurat, eliberat din procese

4

de descompunere, fie ca oxizi de sulf, emii de ctre instalaiile industriale, fie ca dimetilsulfit i dimetildisulfur sau ali compui eliminai de organismele vii, de unde este preluat de ctre organismele capabile de procesare fie din aer, fie de pe sol sau din ap.

Figura 2. Circuitul simplificat al sulfului (dup Duca i al., 2002, p. 67):{O}- echivalentul oxidant (acceptor de 2 electroni, atomi de H); {2H} echivalentul bielectronic reductor

Ciclul hidrogenului este denumirea sub care este cunoscut reacia scindrii i reformrii apei, avnd ca produs intermediar hidrogenul, folosit, de regul, ca surs energetic. Definirea este incomplet, dat fiind faptul c exist i alte modaliti de reacie ce implic prezena acestui element (cum ar fi metanogeneza, spre exemplu), modaliti care contribuie la circulaia general a hidrogenului n ecosistem i care sunt duse la indeplinire prin intermediul unor grupe de microorganisme. Pentru evitarea confuziilor, traseul biogeochimic al acestui element va fi numit circuitul hidrogenului. n cadrul acestui circuit, rezervorul principal de hidrogen este apa. Cicluri biogeochimice similare fosforului i sulfului sunt proprii i altor elemente chimice (K, Na, Mg, Fe, Mn, Co, Zn, Cu) care se afl n compoziia oricrui organism. Datele oferite de geochimie i biologia contemporan nu sunt ns n aceeai msur de bogate pentru aceasta categorie de elemente. Ciclurile biogeochimice nsumeaz cile de circulaie ale elementelor n natur, i, dei n mod convenional sunt prezentate separat, ele sunt interconectate i interdependente, realiznd, n ansamblu circuitul global al materiei n natur. n cadrul fiecrui circuit deosebim dou compartimente: rezervorul i compartimentul de ciclare. Un model simplificat al unui circuit biogeochimic surprinde, n general, alternana organic anorganic. n realitate exist numeroase etape intermediare, reacii fizice (solubilizri, precipitri, volatilizri), chimice (oxidri, reduceri, hidrolize) i activiti biologice (mineralizri, biosinteze), care concur la realizarea circuitelor biogeochimice complexe (Simion-Gruia, 2003).

5

3. Influena microorganismele asupra ciclurilor biogeochimice Organismele vii preiau constant din litosfer, sol, ap i atmosfer cantiti mari de elemente pe care le folosesc pentru sinteza de constitueni celulari sau pentru obinerea energiei necesare manifestrilor vitale (Zarnea, 1970, p. 578). Organismele fototrofe (plante i bacterii fototrofe), ca punct de pornire al ciclului, au capacitatea de a sintetiza substane organice, avnd ca baza doar dioxidul de carbon atmosferic i apa cu substane minerale din sol; o parte dintre aceste minerale au rol biologic primordial (N, S, P, Fe i K), altele fiind necesare doar n cantiti reduse (Mn, As, Al, Mo, B, Cu, Zn sau Co). Aceste substane ncorporate n forme organice traverseaz lanurile i reelele trofice, i se rentorc n sol dup moartea ocupanilor diferitelor nivele, dar ntr-o form care le face inutilizabile de ctre fototrofe. n acest mod, se produce o srcire constant