Quimiossíntese

Definição de Quimiossíntese

A quimiossíntese é a conversão de compostos inorgânicos contendo carbono em matéria orgânica, como açúcares e aminoácidos. A quimiossíntese usa energia de produtos químicos inorgânicos para realizar essa tarefa.

A “fonte de energia” inorgânica geralmente é uma molécula que tem elétrons de sobra, como gás hidrogênio, sulfeto de hidrogênio, amônia ou ferro ferroso. Como a fotossíntese e respiração celular, a quimiossíntese usa uma cadeia de transporte de elétrons para sintetizar ATP.

Depois de seus elétrons passarem pela cadeia de transporte de elétrons, o produto químico fonte de combustível surge em uma forma diferente. O gás sulfureto de hidrogênio, por exemplo, é convertido em enxofre elementar sólido mais água.

O termo “quimiossíntese” vem das palavras de raiz “quimio” para “químico” e ” síntese ”para“ fazer ”. Sua função é semelhante à da fotossíntese, que também transforma matéria inorgânica em matéria orgânica – mas usa a energia da luz solar, em vez da química para fazê-lo.

Hoje, a quimiossíntese é usada por micróbios como bactérias e archaea. Como a quimiossíntese sozinha é menos eficiente do que a fotossíntese ou a respiração celular, ela não pode ser usada para alimentar organismos multicelulares complexos.

Alguns organismos multicelulares vivem em relações simbióticas com bactérias quimiossintéticas, tornando-as uma fonte parcial de energia. Os vermes tubulares gigantes, por exemplo, hospedam bactérias quimiossintéticas que lhes fornecem açúcares e aminoácidos.

No entanto, esses vermes tubulares são parcialmente dependentes da fotossíntese porque usam oxigênio (um produto de organismos fotossintéticos) para fazer seus quimiossíntese mais eficiente.

Equação de quimiossíntese

Existem muitas maneiras diferentes de alcançar a quimiossíntese. A equação para quimiossíntese será diferente dependendo da fonte de energia química usada. No entanto, todas as equações para quimiossíntese normalmente incluem:

Reagentes:

Produtos:

Uma equação de exemplo comumente usada para quimiossíntese mostra a transformação de dióxido de carbono em açúcar com a ajuda do gás sulfureto de hidrogênio:

12H2S + 6CO2 → C6H12O6 (molécula de açúcar) + 6H2O + 12S

Esta equação às vezes é reduzida à proporção mais simples possível de ingredientes. Isso mostra as proporções relativas de cada ingrediente necessário para a reação, embora não capture a quantidade total de sulfeto de hidrogênio e dióxido de carbono necessária para criar uma única molécula de açúcar.

A versão reduzida tem a seguinte aparência:

2H2S + CO2 → CH2O (molécula de açúcar) + H2O + 2S

Função da quimiossíntese

A quimiossíntese permite que os organismos vivam sem usar a energia da luz solar ou depender de outros organismos para se alimentar.

Como a quimiossíntese, permite que os seres vivos façam mais de si mesmos. Ao transformar moléculas inorgânicas em moléculas orgânicas, os processos de quimiossíntese transformam matéria inanimada em matéria viva.

Hoje é usada por micróbios que vivem nas profundezas dos oceanos, onde nenhuma luz solar penetra; mas também é usado por alguns organismos que vivem em ambientes ensolarados, como bactérias de ferro e algumas bactérias do solo.

Alguns cientistas acreditam que a quimiossíntese pode ser usada por formas de vida em ambientes extraterrestres sem sol, como nos oceanos de Europa ou ambientes subterrâneos em Marte.

Foi proposto que a quimiossíntese pode realmente ter sido a primeira forma de metabolismo na Terra, com a fotossíntese e a respiração celular evoluindo mais tarde, conforme as formas de vida se tornaram mais complexas. Podemos nunca saber com certeza se isso é verdade, mas alguns cientistas acreditam que é interessante considerar se a luz solar ou a energia química foi o primeiro combustível para a vida na Terra.

Tipos de bactérias quimiossintéticas

Bactérias de enxofre

O exemplo de equação para quimiossíntese dado acima mostra bactérias usando um composto de enxofre como fonte de energia.

As bactérias nessa equação consomem gás sulfureto de hidrogênio (12H2S) e depois produz enxofre elementar sólido como um produto residual (12S).

Algumas bactérias que usam quimiossíntese usam o próprio enxofre elementar, ou compostos de enxofre mais complexos como fontes de combustível, em vez de sulfeto de hidrogênio.

Bactérias de íons metálicos

A maioria tipo bem conhecido de bactéria que usa íons metálicos para quimiossíntese são bactérias de ferro.

As bactérias de ferro podem realmente representar um problema para sistemas de água em ambientes ricos em ferro, porque consomem íons metálicos dissolvidos no solo e na água – e produzem aglomerados insolúveis de ferro férrico semelhante à ferrugem, que podem manchar os encanamentos e até mesmo obstruí-los.

No entanto, as bactérias do ferro não são os únicos organismos que usam íons metálicos como fonte de energia para quimiossíntese. Outros tipos de bactérias usam arsênio, manganês ou mesmo urânio como fontes de elétrons para suas cadeias de transporte de elétrons!

Bactérias de nitrogênio

Bactérias de nitrogênio são quaisquer bactérias que usam compostos de nitrogênio em seu metabolismo processar. Embora todas essas bactérias usem elétrons de compostos de nitrogênio para criar compostos orgânicos, elas podem ter efeitos muito diferentes em seu ecossistema, dependendo dos compostos que usam.

As bactérias do nitrogênio geralmente podem ser divididas em três classes:

1. Bactérias nitrificantes:

Bactérias nitrificantes crescem em solos que contêm amônia. A amônia é um composto de nitrogênio inorgânico que é tóxico para a maioria das plantas e animais – mas as bactérias nitrificantes podem usá-lo para alimentação e até mesmo transformá-lo em uma substância benéfica.

Bactérias nitrificantes retiram elétrons da amônia e convertem a amônia em nitritos e, finalmente, nitratos. Os nitratos são essenciais para muitos ecossistemas porque a maioria das plantas precisa deles para produzir aminoácidos essenciais.

A nitrificação é muitas vezes um processo de duas etapas: uma bactéria converte a amônia em nitrito e, em seguida, outra espécie de bactéria o converte nitrito em nitrato.

Bactérias nitrificantes podem transformar solos hostis em solo fértil para plantas e, posteriormente, para animais.

2. Bactérias desnitrificantes:

As bactérias desnitrificantes usam compostos de nitrato como fonte de energia. No processo, eles quebram esses compostos em formas que as plantas e os animais não podem usar.

Isso significa que as bactérias desnitrificantes podem ser um grande problema para as plantas e os animais – a maioria das espécies de plantas precisa de nitratos no solo em para produzir proteínas essenciais para si mesmas e para os animais que as comem.

Bactérias desnitrificantes competem por esses compostos e podem esgotar o solo, resultando em capacidade limitada de crescimento das plantas.

3. Bactérias fixadoras de nitrogênio:

Essas bactérias são muito benéficas para os ecossistemas, incluindo a agricultura humana. Eles podem transformar o gás nitrogênio – que constitui a maior parte de nossa atmosfera – em nitratos que as plantas podem usar para fazer proteínas essenciais.

Historicamente, problemas de fertilidade e até mesmo a fome aconteceram quando o solo ficou sem nitratos devido ao uso natural processos ou uso excessivo de terras agrícolas.

Muitas culturas aprenderam a manter o solo fértil ao girar as plantações que consomem nitrogênio com as que fixam o nitrogênio.

O segredo das plantações que fixam o nitrogênio é que as plantas eles próprios não fixam nitrogênio: em vez disso, eles têm relações simbióticas com bactérias fixadoras de nitrogênio. Essas bactérias geralmente crescem em colônias ao redor das raízes das plantas, liberando nitratos no solo circundante.

A imagem abaixo mostra as raízes de uma “planta fixadora de nitrogênio” – observe os nódulos redondos que são, na verdade , colônias de bactérias quimiossintéticas fixadoras de nitrogênio:

Os fertilizantes modernos costumam ser feitos de nitratos artificiais, como os compostos produzidos por bactérias fixadoras de nitrogênio.

Metanobactérias

Metanobactérias são, na verdade, archaeabactérias – mas os cientistas começaram a estudá-las muito antes de compreenderem completamente as diferenças entre as arqueobactérias e as “bactérias verdadeiras”.

Tanto as arqueobactérias quanto as verdadeiras as bactérias são procariontes unicelulares – o que significa que parecem muito semelhantes ao microscópio. Mas métodos modernos de análise genética e bioquímica revelaram que existem diferenças químicas importantes entre os dois, com as arqueobactérias usando muitos compostos químicos e possuindo muitos genes não encontrados no reino das bactérias.

Uma das habilidades encontradas em Archaeabacteria que não é encontrada em “bactérias verdadeiras” é o processo metabólico que cria o metano. Apenas as espécies de Archaeabacteria podem combinar dióxido de carbono e hidrogênio para produzir metano.

Metanobactérias vivem em uma variedade de ambientes – inclusive dentro do seu corpo! As metanobactérias são encontradas no fundo do oceano, em pântanos e pântanos, nos estômagos das vacas – e até mesmo dentro dos estômagos humanos, onde quebram alguns açúcares que não podemos digerir para produzir metano e energia.

• Archaeabacteria – Uma linhagem antiga de procariontes.Uma vez considerada um subtipo de bactéria, a análise moderna revelou que as arqueobactérias são uma linhagem totalmente diferente das bactérias modernas.
• Bactérias – um reino moderno de procariotos. Hoje, às vezes são chamadas de “eubactérias” ou “bactérias verdadeiras” para diferenciá-las das arqueobactérias.
• Cadeia de transporte de elétrons – um princípio frequentemente usado pelas células para coletar energia do ambiente. Os elétrons são passados por uma série de proteínas, que coletam sua energia para produzir moléculas que dão vida, como o ATP.

Quiz

1. Qual das afirmações a seguir NÃO é verdadeira para a quimiossíntese?
A. É o processo de usar energia de produtos químicos para criar compostos orgânicos.
B. Não pode ser concluído sem a energia da luz solar.
C. Ele usa uma cadeia de transporte de elétrons para extrair energia dos elétrons.
D. Requer um composto de carbono inicial e uma fonte de energia química.

2. Qual das afirmações a seguir NÃO é verdadeira para a equação da quimiossíntese?
A. Requer um composto inorgânico contendo carbono, como dióxido de carbono, no lado do reagente.
B. Requer uma fonte de energia química no lado do reagente.
C. Termina com uma molécula orgânica, como um açúcar, no lado do produto.
D. Ele termina com uma versão transformada da fonte de energia química no lado do produto.
E. Nenhuma das anteriores.

3. Qual das alternativas a seguir NÃO é um tipo de bactéria quimiossintética?
A. Bactérias de ferro
B. Bactérias produtoras de metano
C. Bactéria de enxofre
D. Bactéria fixadora de nitrogênio
E. Nenhuma das alternativas acima.