Qual a importância das enzimas microbianas durante o processo de decomposição e ciclagem dos nutrientes?

 

Os microrganismos e o seu arsenal bioquímico são fundamentais para o processo de decomposição e ciclagem dos nutrientes no sistema solo-planta.

Quando falamos em sistemas naturais ou agrícolas, sempre discutimos e apresentamos a importância dos microrganismos nesses ambientes. Mas poucas vezes discutimos como de fato o processo de decomposição e ciclagem dos nutrientes pode ser mediado pelos microrganismos.

De maneira generalista podemos considerar que no solo temos dois grandes de grupos de microrganismos, quando discutido a fonte de energia para o desenvolvimento, aqueles que utilizam a luz solar (fototróficos) e aqueles que precisam utilizar compostos químicos para nutrição (quimiotróficos). Estes ainda podem ser subdivididos em quatro grupos fisiológicos, quando consideramos a fonte de carbono utilizada, como: Compostos orgânicos (Quimio-heterotróficos ou Quimioautotróficos) ou CO2 (Foto-heterotrófico ou Fotoautotróficos). Estes grupos ainda englobam aqueles que utilizam ou não o oxigênio como aceptor final de elétrons (respiração aeróbica e anaeróbica). Dentro de cada subgrupo existe uma enorme diversidade microbiana (bactérias, actinobactérias e fungos).

Mas, qual o mecanismo exato que possibilita que um fungo ou bactéria degrade e consuma, como forma de nutriente, um determinado componente da matéria orgânica do solo?

A resposta para esta questão é ampla e difere muito entre as espécies. Mas o princípio básico reside no fato destes microrganismos possuírem um arsenal bioquímico, especificamente enzimas que atuam no processo de transformação de componentes complexos (como celulose, hemicelulose e lignina - componentes da parede celular vegetal) transformando-os em energia para o seu crescimento.

As enzimas, em sentido amplo, são um grupo de substâncias orgânicas, de natureza normalmente proteica, com atividade intra ou extracelular que têm funções catalisadoras, catalisando reações químicas que, sem a sua presença, dificilmente aconteceriam. Ou seja, são as moléculas responsáveis por dirigir todo o metabolismo celular microbiano.

Desta forma quando o material vegetal é incorporado ao solo, os macrorganismos que funcionam como triturados iniciam o processo de decomposição reduzindo a fitomassa em partículas menores. Neste momento entram em ação as enzimas extracelulares produzidas pelos microrganismos do solo, estas têm o papel de decompor as macromoléculas, como celulose e outros compostos, nas suas unidades monoméricas (glicose, por exemplo) permitindo assim que sejam absorvidas pelas células microbianas. 

No interior das células as enzimas intracelulares irão iniciar o processo de transformação (degradação) da molécula em energia. Os subprodutos da degradação inicial, serão utilizados como blocos estruturantes para síntese de novos compostos que serão utilizados pela célula ou liberados diretamente no solo, os quais poderão ser utilizados pelas plantas ou outros organismos. Todos estes processos serão mediados por enzimas.

As enzimas possuem grupos alvos para "ataque" e funcionam sob condições específicas. As enzimas que atuam intracelularmente apresentarão atividades em temperaturas e pH ajustadas pela própria célula. Já as enzimas que atuam fora da célula, serão influenciadas diretamente pelas condições ambientais. Por exemplo, para a enzimas B-glicosidase a faixa ótima de pH pode ser de 3.0 a 4.75, já para a a-glicosidase, sua faixa ótima de pH pode variar 3.0 a 7.0. Estas características estão relacionadas com a espécie microbiana que produz a enzima, havendo ampla variação.

Por este motivo, o tipo de manejo do solo, irá impactar tanto no crescimento e atividade da microbiota, como nos mecanismos relacionados a degradação e síntese de compostos orgânicos e inorgânicos.

Para saber mais:

CARDOSO, E. J.B.N.; ANDREOTE, F.D. Microbiologia do Solo. 2 ed. Piracicaba, 2016.

MADIGAN, M.T. et al. Microbiologia de Brock. 14. ed. Porto Alegre: Artmed, 2016.

MOREIRA, F.M.S.; SIQUEIRA, J.O. Microbiologia e Bioquímica do Solo. 2 ed. Lavras. 2006.