Chimiosynthèse

Définition de la chimiosynthèse

La chimiosynthèse est la conversion de composés inorganiques contenant du carbone en matière organique comme les sucres et les acides aminés. La chimiosynthèse utilise lénergie des produits chimiques inorganiques pour effectuer cette tâche.

La « source dénergie » inorganique est généralement une molécule qui a des électrons à revendre, comme lhydrogène gazeux, le sulfure dhydrogène, lammoniac ou le fer ferreux. Comme la photosynthèse et la respiration cellulaire, la chimiosynthèse utilise une chaîne de transport délectrons pour synthétiser lATP.

Après avoir fait passer ses électrons à travers la chaîne de transport délectrons, le produit chimique la source de carburant émerge sous une forme différente. Le sulfure dhydrogène, par exemple, est converti en soufre élémentaire solide plus eau.

Le terme «chimiosynthèse» vient des mots racines «chimio» pour «chimique» et « synthèse »pour« faire ». Sa fonction est similaire à celle de la photosynthèse, qui transforme également la matière inorganique en matière organique – mais utilise lénergie de la lumière du soleil au lieu de lénergie chimique pour le faire.

Aujourdhui, la chimiosynthèse est utilisée par des microbes tels que des bactéries et archées. La chimiosynthèse seule étant moins efficace que la photosynthèse ou la respiration cellulaire, elle ne peut pas être utilisée pour alimenter des organismes multicellulaires complexes.

Quelques organismes multicellulaires vivent en symbiose avec des bactéries chimiosynthétiques, ce qui en fait une source dénergie partielle. Les vers tubulaires géants, par exemple, hébergent des bactéries chimiosynthétiques qui leur fournissent des sucres et des acides aminés.

Cependant, ces vers tubulaires dépendent en partie de la photosynthèse car ils utilisent de loxygène (un produit dorganismes photosynthétiques) pour fabriquer leur chimiosynthèse plus efficace.

Équation de chimiosynthèse

Il existe de nombreuses façons différentes de réaliser la chimiosynthèse. Léquation de la chimiosynthèse sera différente selon la source dénergie chimique utilisée. Cependant, toutes les équations de chimiosynthèse incluent généralement:

Réactifs:

Produits:

Un exemple déquation couramment utilisé pour la chimiosynthèse montre la transformation du dioxyde de carbone en sucre avec à laide du gaz de sulfure dhydrogène:

12H2S + 6CO2 → C6H12O6 (molécule de sucre) + 6H2O + 12S

Cette équation est parfois réduite à son ratio dingrédients le plus simple possible. Cela montre les proportions relatives de chaque ingrédient nécessaire à la réaction, bien quil ne capture pas la quantité totale de sulfure dhydrogène et de dioxyde de carbone nécessaire pour créer une seule molécule de sucre.

La version réduite ressemble à ceci:

2H2S + CO2 → CH2O (molécule de sucre) + H2O + 2S

Fonction de la chimiosynthèse

La chimiosynthèse permet aux organismes de vivre sans utiliser lénergie de la lumière du soleil ou sans compter sur dautres organismes pour se nourrir.

Comme la chimiosynthèse, elle permet aux êtres vivants de faire plus deux-mêmes. En transformant des molécules inorganiques en molécules organiques, les processus de chimiosynthèse transforment la matière non vivante en matière vivante.

Aujourdhui, elle est utilisée par des microbes vivant dans les océans profonds, où aucune lumière du soleil ne pénètre; mais il est également utilisé par certains organismes vivant dans des environnements ensoleillés, tels que les bactéries du fer et certaines bactéries du sol.

Certains scientifiques pensent que la chimiosynthèse pourrait être utilisée par des formes de vie dans des environnements extraterrestres sans soleil, comme dans les océans dEuropa ou denvironnements souterrains sur Mars.

Il a été proposé que la chimiosynthèse aurait pu en fait être la première forme de métabolisme sur Terre, la photosynthèse et la respiration cellulaire évoluant plus tard à mesure que les formes de vie devenaient plus complexes. Nous ne saurons peut-être jamais avec certitude si cela est vrai, mais certains scientifiques pensent quil est intéressant de se demander si la lumière du soleil ou lénergie chimique a été le premier carburant pour la vie sur Terre.

Types de bactéries chimiosynthétiques

Bactéries de soufre

Lexemple déquation de chimiosynthèse donné ci-dessus montre des bactéries utilisant un composé de soufre comme source dénergie.

Les bactéries de cette équation consomment du sulfure dhydrogène (12H2S), puis produit du soufre élémentaire solide comme déchet (12S).

Certaines bactéries qui utilisent la chimiosynthèse utilisent le soufre élémentaire lui-même, ou des composés soufrés plus complexes comme sources de carburant, au lieu du sulfure dhydrogène.

Les bactéries ioniques métalliques

Les plus Les bactéries du fer sont des bactéries de fer qui utilisent des ions métalliques pour la chimiosynthèse.

Les bactéries du fer peuvent en fait poser un problème pour les systèmes deau dans les environnements riches en fer, car elles consomment des ions métalliques dissous dans le sol et leau – et produire des amas insolubles de fer ferrique ressemblant à de la rouille, qui peuvent tacher les appareils sanitaires et même les obstruer.

Cependant, les bactéries du fer ne sont pas les seuls organismes qui utilisent les ions métalliques comme source dénergie pour la chimiosynthèse. Dautres types de bactéries utilisent larsenic, le manganèse ou même luranium comme sources délectrons pour leurs chaînes de transport délectrons!

Les bactéries azotées

Les bactéries azotées sont des bactéries qui utilisent des composés azotés dans leur métabolisme. traiter. Bien que toutes ces bactéries utilisent des électrons de composés azotés pour créer des composés organiques, elles peuvent avoir des effets très différents sur leur écosystème en fonction des composés quelles utilisent.

Les bactéries azotées peuvent généralement être divisées en trois classes:

1. Bactéries nitrifiantes:

Les bactéries nitrifiantes se développent dans des sols contenant de lammoniaque. Lammoniac est un composé azoté inorganique qui est toxique pour la plupart des plantes et des animaux – mais les bactéries nitrifiantes peuvent lutiliser pour la nourriture, et même le transformer en une substance bénéfique.

Les bactéries nitrifiantes prennent des électrons de lammoniac et convertissent lammoniac en nitrites et finalement en nitrates. Les nitrates sont essentiels pour de nombreux écosystèmes car la plupart des plantes en ont besoin pour produire des acides aminés essentiels.

La nitrification est souvent un processus en deux étapes: une bactérie convertira lammoniac en nitrite, puis une autre espèce de bactérie le convertira nitrite en nitrate.

Les bactéries nitrifiantes peuvent transformer des sols autrement hostiles en terres fertiles pour les plantes, et par la suite pour les animaux.

2. Bactéries dénitrifiantes:

Les bactéries dénitrifiantes utilisent des composés nitrés comme source dénergie. Dans le processus, ils décomposent ces composés en formes que les plantes et les animaux ne peuvent pas utiliser.

Cela signifie que les bactéries dénitrifiantes peuvent être un très gros problème pour les plantes et les animaux – la plupart des espèces végétales ont besoin de nitrates dans le sol. afin de produire des protéines essentielles pour elles-mêmes et pour les animaux qui les consomment.

Les bactéries dénitrifiantes sont en compétition pour ces composés et peuvent épuiser le sol, ce qui réduit la capacité de croissance des plantes.

3. Bactéries fixatrices dazote:

Ces bactéries sont très bénéfiques pour les écosystèmes, y compris lagriculture humaine. Ils peuvent transformer lazote gazeux – qui compose la majeure partie de notre atmosphère – en nitrates que les plantes peuvent utiliser pour fabriquer des protéines essentielles.

Historiquement, des problèmes de fertilité et même des famines se sont produits lorsque le sol sest épuisé en nitrates en raison de processus ou surutilisation des terres agricoles.

De nombreuses cultures ont appris à maintenir la fertilité du sol en alternant les cultures consommatrices dazote avec des cultures fixatrices dazote.

Le secret des cultures fixatrices dazote est que les plantes eux-mêmes ne fixent pas lazote: au contraire, ils ont des relations symbiotiques avec les bactéries fixatrices dazote. Ces bactéries poussent souvent en colonies autour des racines des plantes, libérant des nitrates dans le sol environnant.

Limage ci-dessous montre les racines dune « plante fixatrice dazote » – notez les nodules ronds qui sont, en fait , colonies de bactéries chimiosynthétiques fixatrices dazote:

Les engrais modernes sont souvent constitués de nitrates artificiels, comme ces composés fabriqués par des bactéries fixatrices dazote.

Méthanobactéries

Les méthanobactéries sont en fait des archaeabacteria – mais les scientifiques ont commencé à les étudier bien avant de bien comprendre les différences entre les archaeabacteria et les « vraies bactéries ».

Les archaeabacteria et true les bactéries sont des procaryotes unicellulaires – ce qui signifie quelles se ressemblent assez au microscope. Mais les méthodes modernes danalyse génétique et biochimique ont révélé quil existe des différences chimiques importantes entre les deux, les archéobactéries utilisant de nombreux composés chimiques et possédant de nombreux gènes introuvables dans le règne des bactéries.

Lune des capacités trouvées dans Les archaeabacteria qui ne se trouvent pas dans les « vraies bactéries » sont le processus métabolique qui crée du méthane. Seules les espèces darchaeabacteria peuvent combiner le dioxyde de carbone et lhydrogène pour produire du méthane.

Les méthanobactéries vivent dans une variété denvironnements – y compris à lintérieur du vôtre Les méthanobactéries se trouvent au fond de locéan, dans les marécages et les zones humides, dans lestomac des vaches – et même à lintérieur de lestomac humain, où elles décomposent certains sucres que nous ne pouvons pas digérer pour produire du méthane et de lénergie.

• Archaeabacteria – Une ancienne lignée de procaryotes.Autrefois considérée comme un sous-type de bactérie, une analyse moderne a révélé que les archéobactéries sont une lignée entièrement différente des bactéries modernes.
• Bactéries – Un royaume moderne de procaryotes. Aujourdhui, on les appelle parfois «eubactéries» ou «vraies bactéries» pour les différencier des archéobactéries.
• Chaîne de transport délectrons – Un principe souvent utilisé par les cellules pour récolter lénergie de lenvironnement. Les électrons passent à travers une série de protéines, qui récoltent leur énergie pour produire des molécules vitales telles que lATP.

Quiz

1. Lequel des énoncés suivants nest PAS vrai pour la chimiosynthèse?
A. Cest le processus dutilisation de lénergie des produits chimiques pour créer des composés organiques.
B. Il ne peut pas être complété sans lénergie du soleil.
C. Il utilise une chaîne de transport délectrons pour extraire lénergie des électrons.
D. Il nécessite à la fois un composé de carbone de départ et une source dénergie chimique.

2. Laquelle des affirmations suivantes nest PAS vraie pour léquation de la chimiosynthèse?
A. Il nécessite un composé inorganique contenant du carbone, tel que le dioxyde de carbone, du côté réactif.
B. Il nécessite une source dénergie chimique côté réactif.
C. Il se termine par une molécule organique, comme un sucre, côté produit.
D. Il se termine par une version transformée de la source dénergie chimique côté produit.
E. Aucune de ces réponses.

3. Lequel des éléments suivants NEST PAS un type de bactérie chimiosynthétique?
A. Bactéries de fer
B. Bactéries productrices de méthane
C. Bactéries soufrées
D. Bactéries fixatrices dazote
E. Aucune de ces réponses.