Fases de quimiossíntese, organismos, diferenças com a fotossíntese

O quimiossíntese É um processo biológico característico de certos organismos autotróficos que exploram a energia química para converter substâncias inorgânicas em matéria orgânica. Difere da fotossíntese em que este usa energia da luz solar.

Os organismos capazes de realizar quimiossíntese são, geralmente, procariotos como bactérias e outros microorganismos, como arcos, que extraem energia de reações que envolvem a oxidação de compostos muito pequenos.

Fotografia de Riftia Pachyptila, Um organismo quimiossintético (Fonte: Noa Okeanos Explorer Program, Rift Expedition 2011 [Domínio Público] via Wikimedia Commons)

Os exemplos mais comuns de bactérias químicas são bactérias nitrificantes, que oxidam o amônio para produzir dióxido de nitrogênio, bem como bactérias de enxofre, capazes de oxidizar o ácido sulfúrico, o enxofre e outros compostos de enxofre.

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Origem do conceito

O microbiologista Sergei Winogradsky, em 1890, foi o primeiro cientista a falar sobre a possível existência de processos químicos, pois ele assumiu que deveria haver um processo semelhante ao da fotossíntese que usava uma fonte de energia diferente da luz solar para a luz solar.

No entanto, o termo "quimiossíntese" foi cunhado em 1897 por Pfeffer. As teorias de Winogradsky foram comprovadas em 1977 durante a expedição feita pelo submarino "Alvin" em relação às águas profundas do oceano, ao redor das Ilhas Galápagos.

Nesta expedição, os cientistas a bordo do submarino descobriram ecossistemas bacterianos que subsistem na presença de matéria inorgânica e outros em simbiose com alguns animais marinhos invertebrados.

Atualmente, vários ecossistemas quimiossintéticos são conhecidos em todo o mundo, especialmente associados a ambientes marinhos e oceânicos e, em menor grau, com ecossistemas terrestres. Nesses ambientes, os microrganismos quimiossintéticos representam importantes produtores primários da matéria orgânica.

Fases

A quimiossíntese ocorre, quase sempre, na interface de ambientes aeróbicos e anaeróbicos médios, onde os produtos finais da decomposição anaeróbica e grandes quantidades de oxigênio estão concentrados.

Como a fotossíntese, a quimiossíntese tem fases bem definidas: um oxidativo e um biossintético. O primeiro usa compostos inorgânicos e durante a segunda matéria orgânica ocorre.

Fase oxidativa

Durante essa primeira fase e dependendo do tipo de organismo considerado, diferentes tipos de compostos inorgânicos reduzidos, como amônia, enxofre e seus derivados, ferro, alguns derivados de nitrogênio, hidrogênio, etc.

Nesta fase, a oxidação desses compostos libera a energia que é explorada para a fosforilação do ADP, formando ATP, uma das principais moedas de energia dos seres vivos e, além disso, a redução do poder é gerada na forma de moléculas de NADH.

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Uma peculiaridade do processo quimiossintético tem a ver com qual parte do ATP gerada é usada para impulsionar o transporte reverso da cadeia de elétrons, a fim de obter mais agentes redutores na forma de NADH.

Em resumo, este estágio consiste na formação de ATP a partir da oxidação de doadores de elétrons apropriados, cuja energia biologicamente útil é usada na fase de biossíntese.

Fase de biossíntese

A biossíntese da matéria orgânica (compostos carbonatados) ocorre graças ao uso da energia contida nas ligações de alta energia do ATP e ao poder redutor armazenado nas moléculas NADH.

Esta segunda fase da quimiossíntese é "homóloga" à qual ocorre durante a fotossíntese, uma vez que a fixação de átomos de carbono é dada em moléculas orgânicas.

Na mesma forma, o dióxido de carbono (CO2) é fixado na forma de carbonos orgânicos, enquanto o ATP se torna ADP e fosfato inorgânico.

Organismos quimiossintéticos

Existem vários tipos de microorganismos quimiossintéticos, sendo alguns médicos e outros obrigados. Isso significa que alguns dependem exclusivamente da quimiossíntese para obter energia e matéria orgânica, e outros o fazem se o ambiente os conduzir.

Os microorganismos quimiossintéticos não são muito diferentes de outros microorganismos, pois também obtêm energia de processos de transporte de elétrons onde moléculas como flavinas, quinonas e citocromos estão envolvidos.

A partir dessa energia, eles são capazes de sintetizar os componentes celulares dos açúcares que são sintetizados internamente graças à assimilação reduzida do dióxido de carbono.

Alguns autores consideram que os organismos quimiossintéticos podem ser divididos em quimio-organototróficos e quimio-litoautotróficos, de acordo com o tipo de composto do qual extraem energia, que pode ser orgânica ou inorgânica, respectivamente.

No que diz respeito aos procariontes, a maioria dos organismos quimiossintéticos é bactéria Gram -negativa, geralmente do gênero Pseudomonas e outros relacionados. Entre eles estão:

- Bactérias nitrificantes.

- Bactérias capazes de oxidizar compostos de enxofre e enxofre (Enxofre bacteriano).

- Bactérias capazes de oxidar hidrogênio (Bactérias de hidrogênio).

- Bactérias capazes de oxidar ferro (Bactérias de ferro).

Microorganismos quimiossintéticos usam um tipo de energia que seria perdida no sistema da biosfera. Estes constituem grande parte da biodiversidade e densidade populacional de muitos ecossistemas onde a introdução da matéria orgânica é muito limitada.

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Sua classificação tem a ver com compostos capazes de usar doadores de elétrons.

Bactérias nitrificantes

Eles foram descobertos em 1890 por Winogradsky e alguns dos gêneros descritos até agora, agregados que são cercados pela mesma membrana. Eles são comumente isolados de ambientes terrestres.

A nitrificação implica oxidação de amônio (NH4) a nitritos (NO2-) e nitritos (NO2-) a nitratos (NO3-). Os dois grupos de bactérias que participam desse processo, geralmente coexistem no mesmo habitat para aproveitar os dois tipos de compostos empregam CO2 como uma fonte de carbono.

Bactérias capazes de oxidizar compostos de enxofre e enxofre

Estas são bactérias capazes de oxidizar compostos inorgânicos de enxofre e depositar enxofre dentro da célula em compartimentos específicos. Dentro deste grupo, algumas bactérias filamentosas e não filamentas de diferentes gêneros de bactérias opcionais e obrigatórias são classificadas.

Esses organismos são capazes de usar compostos de enxofre altamente tóxicos para a maioria dos organismos.

O composto mais comumente usado por esse tipo de bactéria é o gás H2S (ácido sulfúrico). No entanto, eles também podem usar enxofre elementar, tiossulfatos, políticos, sulfetos de metal e outras moléculas, como doadores de elétrons.

Algumas dessas bactérias merecem o pH do ácido para crescer, de modo que são conhecidas como bactérias acidofílicas, enquanto outros podem fazê -lo com pH neutro, mais perto da "normalidade".

Muitas dessas bactérias podem formar "camas" ou biofilmes em diferentes tipos de ambientes, mas especialmente nos drenos das indústrias de mineração, em fontes termais de enxofre e em sedimentos oceânicos.

Eles geralmente são chamados de bactérias incolores, pois diferem de outras bactérias verdes e roxas que são fotooutotróficas que eles não têm pigmentos de qualquer tipo, além de não precisar da luz solar.

Bactérias capazes de oxidar hidrogênio

Nesse grupo, são bactérias capazes de crescer em meios minerais com atmosferas ricas em hidrogênio e oxigênio e cuja única fonte de carbono é dióxido de carbono.

Aqui estão as bactérias Gram -negativas e Gram positivas, capazes de crescer em condições heterotróficas e que podem ter diferentes tipos de metabolismos.

O hidrogênio se acumula da ruptura anaeróbica de moléculas orgânicas, que é alcançada por diferentes bactérias fermentativas. Este elemento é uma fonte importante de bactérias e arcos quimiossintéticos.

Os microorganismos capazes de usá -lo como doador de elétrons o fazem graças à presença de uma enzima hidrogenase associada a suas membranas, bem como à presença de oxigênio como aceitador eletrônico.

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Bactérias capazes de oxidar ferro e manganês

Este grupo de bactérias é capaz de usar a energia gerada da oxidação de manganês ou ferro em estado ferroso em seu estado férrico. Também inclui bactérias capazes de crescer na presença de tiossulfatos, como doadores inorgânicos de hidrogênio.

Do ponto de vista ecológico, a oxidação de bactérias de ferro e magnésio são importantes para a desintoxicação ambiental, uma vez que a concentração de metais tóxicos dissolvidos diminui.

Organismos simbióticos

Além das bactérias da vida livre, existem alguns animais invertebrados que habitam ambientes inóspitos e que estão associados a certos tipos de bactérias químicas para sobreviver.

A descoberta dos primeiros simbions ocorreu após o estudo de um verme de tubo gigante, Riftia Pachyptila, sem um trato digestivo e obtém energia vital das reações feitas pelas bactérias com as quais está associada.

Diferenças com a fotossíntese

A característica mais distinta dos organismos quimiossintéticos é que eles combinam a capacidade de usar compostos inorgânicos para obter energia e redutor, além de consertar efetivamente moléculas de dióxido de carbono. Algo que pode acontecer na total ausência de luz solar.

A fotossíntese é realizada por plantas, algas e alguns tipos de bactérias e protozoários. Use a energia da luz solar para impulsionar a transformação de dióxido de carbono e água (fotólise) em oxigênio e carboidratos, através da produção de ATP e NADH.

A quimiossíntese, por outro lado, explora energia química liberada das reações de redução de óxido para definir moléculas de dióxido de carbono e produzir açúcares e água graças à obtenção de energia na forma de ATP e redução de poder.

Na quimiossíntese, diferentemente da fotossíntese, nenhum pigmentos está envolvido e nenhum oxigênio é produzido como um produto secundário.

Referências

1. Dubilier, n., Bergin, c., & Lott, C. (2008). Diversidade simbiótica em animais marinhos: a arte de aproveitar a quimiossíntese. A natureza revisa a microbiologia, 6(10), 725-740.
2. Engel, a. S. (2012). Quimioautotrófia. Enciclopédia de cavernas, (1997), 125-134.
3. Engager, e., Ross, f., & Bailey, D. (2009). Conceitos em biologia (13ª ed.). McGraw-Hill.
4. Kinne, ou. (1975). Ecologia marinha. (QUALQUER. Kinne, ed.), Computação. Entreter. (2ª ed., Vol. Ii). John Wiley & Sons. https: // doi.org/10.1145/973801.973803
5. Leia, h. (1962). 4. Sub -pensamentos sobre a energia da quimiossíntese. Simpósio sobre Autrofia.
6. Ritmo, m., & Lovett, g. (2013). Produção primária: a base dos ecossistemas. Em Fundamentos da ciência do ecossistema (pp. 27-51). Elsevier inc.