Quimiossíntese: fases, organismos, diferenças com a fotossíntese - Ciência - 2023

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o quimiossíntese é um processo biológico característico de certos organismos autotróficos que exploram a energia química para converter substâncias inorgânicas em matéria orgânica. É diferente da fotossíntese porque esta usa energia da luz solar.

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

Os exemplos mais comuns de bactérias quimiossintéticas são bactérias nitrificantes, que oxidam amônia para produzir dióxido de nitrogênio, bem como bactérias sulfúricas, capazes de oxidar ácido sulfúrico, enxofre e outros compostos de enxofre.

Origem do conceito

O microbiologista Sergei Winogradsky, em 1890, foi o primeiro cientista a falar sobre a possível existência de processos quimiossintéticos, já que supôs que deve haver um processo semelhante ao da fotossíntese que usa uma fonte de energia diferente da luz solar.

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

Durante esta expedição, os cientistas a bordo do submarino descobriram ecossistemas bacterianos que subsistiam 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 medida, a ecossistemas terrestres. Nesses ambientes, os microrganismos quimiossintéticos representam importantes produtores primários de matéria orgânica.

Fases

A quimiossíntese quase sempre ocorre na interface dos ambientes aeróbio e anaeróbio, onde os produtos finais da decomposição anaeróbia e grandes quantidades de oxigênio estão concentrados.

Como a fotossíntese, a quimiossíntese tem fases bem definidas: uma oxidativa e uma biossintética. O primeiro utiliza compostos inorgânicos e no segundo é produzida matéria orgânica.

Fase oxidativa

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

Nessa fase, a oxidação desses compostos libera a energia que é utilizada para a fosforilação do ADP, formando o ATP, uma das principais moedas energéticas dos seres vivos e, além disso, energia redutora é gerada na forma de moléculas de NADH.

Uma particularidade do processo quimiossintético tem a ver com o fato de parte do ATP gerado ser utilizado para promover o transporte reverso da cadeia de elétrons, a fim de se obter uma maior quantidade de agentes redutores na forma de NADH.

Em suma, esta etapa consiste na formação do ATP a partir da oxidação dos doadores de elétrons apropriados, cuja energia biologicamente útil é utilizada na fase de biossíntese.

Fase de biossíntese

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

Essa segunda fase da quimiossíntese é "homóloga" à que ocorre durante a fotossíntese, uma vez que ocorre a fixação dos átomos de carbono nas moléculas orgânicas.

Nele, o dióxido de carbono (CO2) é fixado na forma de carbonos orgânicos, enquanto o ATP é convertido em ADP e fosfato inorgânico.

Organismos quimiossintéticos

Existem vários tipos de microrganismos quimiossintéticos, alguns opcionais e outros obrigatórios. Isso significa que alguns dependem exclusivamente da quimiossíntese para obter energia e matéria orgânica, e outros o fazem se o ambiente os condicionar.

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

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

Alguns autores consideram que os organismos quimiossintéticos podem ser divididos em quimio-organoautótrofos e quimio-litoautótrofos, de acordo com o tipo de composto do qual extraem energia, podendo ser orgânico ou inorgânico, respectivamente.

No que diz respeito aos procariotos, a maioria dos organismos quimiossintéticos são bactérias gram-negativas, geralmente do gênero Pseudomonas e outros relacionados. Entre eles estão:

- Bactérias nitrificantes.

- Bactérias capazes de oxidar enxofre e compostos de enxofre (Bactéria de enxofre).

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

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

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

Sua classificação tem a ver com os compostos que eles são capazes de usar como doadores de elétrons.

Bactéria nitrificadora

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

A nitrificação envolve a oxidação de amônio (NH4) em nitritos (NO2-) e de nitritos (NO2-) em nitratos (NO3-). Os dois grupos de bactérias que participam desse processo costumam coexistir no mesmo habitat para aproveitar os dois tipos de compostos usando o CO2 como fonte de carbono.

Bactérias capazes de oxidar enxofre e compostos de enxofre

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

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, politionatos, sulfetos de metal e outras moléculas como doadores de elétrons.

Algumas dessas bactérias requerem pH ácido para crescer, razão pela qual são conhecidas como bactérias acidofílicas, enquanto outras podem fazê-lo em pH neutro, mais próximo do "normal".

Muitas dessas bactérias podem formar "leitos" ou biofilmes em diferentes tipos de ambientes, mas principalmente em drenos da indústria de mineração, em fontes termais sulfurosas e em sedimentos oceânicos.

Geralmente são chamadas de bactérias incolores, pois diferem de outras bactérias verdes e roxas que são fotoautotróficas por não possuírem pigmentos de nenhum tipo e não necessitarem de luz solar.

Bactérias capazes de oxidar hidrogênio

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

São encontradas aqui bactérias gram-negativas e gram-positivas, capazes de crescer em condições heterotróficas e que podem ter diferentes tipos de metabolismos.

O hidrogênio se acumula a partir da quebra anaeróbica de moléculas orgânicas, que é realizada por diferentes bactérias fermentativas. Este elemento é uma importante fonte de bactérias e arqueas quimiossintéticas.

Microorganismos capazes de utilizá-lo como doador de elétrons o fazem graças à presença de uma enzima hidrogenase associada às suas membranas, bem como à presença de oxigênio como aceptor eletrônico.

Bactérias capazes de oxidar ferro e manganês

Esse grupo de bactérias é capaz de utilizar a energia gerada a partir da oxidação do manganês ou do ferro no estado ferroso para o seu estado férrico. Também inclui bactérias capazes de crescer na presença de tiossulfatos como doadores de hidrogênio inorgânico.

Do ponto de vista ecológico, as bactérias oxidantes do ferro e do magnésio são importantes para a desintoxicação do meio ambiente, pois reduzem a concentração de metais tóxicos dissolvidos.

Organismos simbióticos

Além das bactérias de vida livre, existem alguns animais invertebrados que vivem em ambientes inóspitos e que se associam a certos tipos de bactérias quimiossintéticas para sobreviver.

A descoberta dos primeiros simbiontes ocorreu após o estudo de um verme tubular gigante, Riftia pachyptila, sem aparelho digestivo e que obtém energia vital das reações das bactérias a que está associado.

Diferenças com fotossíntese

A característica mais marcante dos organismos quimiossintéticos é que eles combinam a capacidade de usar compostos inorgânicos para ganhar energia e poder de redução, bem como para ligar efetivamente as moléculas de dióxido de carbono. Algo que pode acontecer na ausência total de luz solar.

A fotossíntese é realizada por plantas, algas e por algumas classes de bactérias e protozoários. Ele usa a energia da luz solar para conduzir a transformação de dióxido de carbono e água (fotólise) em oxigênio e carboidratos, por meio da produção de ATP e NADH.

A quimiossíntese, por outro lado, explora a energia química liberada pelas reações de oxidação-redução para fixar as moléculas de dióxido de carbono e produzir açúcares e água graças à obtenção de energia na forma de ATP e poder redutor.

Na quimiossíntese, ao contrário da fotossíntese, nenhum pigmento está envolvido e o oxigênio não é produzido como um subproduto.

Referências

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