16.4F: El Ciclo del Azufre

Muchas bacterias pueden reducir el azufre en pequeñas cantidades, pero algunas bacterias pueden reducir el azufre en grandes cantidades, en esencia, respirando azufre.

Objetivos de aprendizaje

• Describir el ciclo del azufre

Puntos Clave

• El ciclo del azufre describe el movimiento del azufre a través de la geosfera y la biosfera. El azufre es liberado de las rocas a través de la intemperie, y luego asimilado por microbios y plantas. Después se pasa por la cadena alimentaria y se asimila por plantas y animales, y se libera cuando se descomponen.
• Muchas bacterias pueden reducir el azufre en pequeñas cantidades, pero algunas bacterias especializadas pueden realizar la respiración completamente usando azufre. Utilizan azufre o sulfato como receptor de electrones en su respiración, y liberan sulfuro como desecho. Esta es una forma común de respiración anaeróbica en microbios.
• Las vías reductoras de azufre se encuentran en muchas especies de bacterias patógenas. La tuberculosis y la lepra son causadas por especies bacterianas que reducen el azufre, por lo que la vía de reducción de azufre es un objetivo importante para el desarrollo de fármacos.

Términos Clave

• extremófilo: Un organismo que vive en condiciones extremas de temperatura, salinidad, etc. Son comercialmente importantes como fuente de enzimas que operan en condiciones similares.
• Reducción asimilatoria de sulfato: La reducción de 3′-fosfoadenosina-5′-fosfosulfato, un sulfateéster más elaborado, conduce también al sulfuro de hidrógeno, el producto utilizado en la biosíntesis (e.g., para la producción de cisteína debido a que el azufre sulfato es asimilado).

El Ciclo del Azufre

El ciclo del azufre describe el movimiento del azufre a través de la atmósfera, las formas minerales y a través de los seres vivos. Aunque el azufre se encuentra principalmente en rocas sedimentarias o agua de mar, es particularmente importante para los seres vivos porque es un componente de muchas proteínas.

El azufre se libera de fuentes geológicas a través de la erosión de las rocas. Una vez que el azufre se expone al aire, se combina con el oxígeno, y se convierte en sulfato SO _4. Plantas y microbios asimilan el sulfato y lo convierten en formas orgánicas. A medida que los animales consumen plantas, el azufre se mueve a través de la cadena alimentaria y se libera cuando los organismos mueren y se descomponen.

Algunas bacterias —por ejemplo Proteus, Campylobacter, Pseudomonas y Salmonella— tienen la capacidad de reducir el azufre, pero también pueden usar oxígeno y otros aceptores de electrones terminales. Otros, como Desulfuromonas, utilizan únicamente azufre. Estas bacterias obtienen su energía al reducir el azufre elemental a sulfuro de hidrógeno. Pueden combinar esta reacción con la oxidación de acetato, succinato u otros compuestos orgánicos.

Las bacterias reductoras de azufre más conocidas son las del dominio Archea, que son algunas de las formas de vida más antiguas de la Tierra. A menudo son extremófilos, que viven en aguas termales y respiraderos termales donde otros organismos no pueden vivir. Muchas bacterias reducen pequeñas cantidades de sulfatos para sintetizar componentes celulares que contienen azufre; esto se conoce como reducción asimilatoria de sulfato. Por el contrario, las bacterias reductoras de sulfato consideradas aquí reducen el sulfato en grandes cantidades para obtener energía y expulsar el sulfuro resultante como desecho. Este proceso se conoce como reducción de sulfato disimilatoria. En cierto sentido, respiran sulfato.

Las vías metabólicas del azufre para las bacterias tienen importantes implicaciones médicas. Por ejemplo, Mycobacterium tuberculosis (la bacteria causante de la tuberculosis) y Mycobacterium leprae (que causa la leopra) utilizan ambos azufre, por lo que la vía del azufre es una diana de desarrollo de fármacos para controlar estas bacterias.