Quimiossíntese | o Que é e Bactérias e Seres Quimiossintetizantes

A produção de substâncias orgânicas como carboidratos e lipídios é de fundamental importância para a manutenção de processos metabólicos de organismos autótrofos (aqueles que produzem seus próprios alimentos).

Esses processos de síntese de compostos orgânicos são chamados de processos autotróficos. A Fotossíntese é o processo que utiliza a energia luminosa convertida em energia química (ATP) para a produção de matéria de orgânica.

Outro processo autotrófico é a quimiossíntese, que ocorre independente da energia luminosa, pois a energia utilizada para a produção de matéria orgânica é proveniente da degradação de compostos inorgânicos.

Os organismos quimiossintetizantes, também chamados de autoquimiossíntetizantes, são procariontes (bactérias e arqueias). Eles podem viver em ambientes com ausência de luz e matéria orgânica. A partir de reação de oxidação e redução, conseguem extrair energia proveniente de compostos inorgânicos à base de nitrogênio, ferro ou enxofre, utilizando essa energia para produzir matéria orgânica, geralmente glicídios e carboidratos.

A quimiossíntese utiliza além dos compostos inorgânicos,água e dióxido de carbono, que serão necessários na produção de carboidratos. O processo pode ser dividido em duas etapas:

• Geração de Energia a partir da degradação dos compostos inorgânicos;
• Geração de matéria orgânica utilizando a energia produzida na etapa anterior.

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A primeira fase da quimiossíntese é marcada pela degradação de compostos inorgânicos que libera prótons e elétrons utilizados para a produção de ATP, além de serem coletados pelo NADP, um carreador específico (semelhante ao NADH e FADH₂ presentes na respiração celular) convertido a NADPH.

O micro-organismo quimiossintetizante leva parte do nome do composto inorgânico que consegue degradar. Dessa forma, têm-se as bactérias nitrificantes que conseguem degradar nitrogênio, as sulfobactérias que degradam compostos de enxofre e as ferrobactérias que metabolizam compostos a base de ferro.

Composto Inorgânico + O₂ → Compostos Inorgânicos oxidados + Energia

Equação resumida da Primeira fase do processo de quimiossíntese com a oxidação de compostos inorgânicos.

A segunda etapa tem muita semelhança com a etapa fotoindependente (fase escura) da fotossíntese. O dióxido de Carbono retido no citosol da célula é reduzido por processos de oxirredução, com síntese de substâncias orgânicas conduzidas. Nessa fase, a água também é um componente importante que auxilia na doação de elétrons, e como produto é gerado oxigênio além dos compostos orgânicos.

CO₂ + H₂O + Energia → Compostos Orgânicos + O₂

Equação resumida da Segunda fase do processo de quimiossíntese com a produção de moléculas orgânicas com os carboidratos.

Também chamadas de nitrobactérias, esses microorganismos estão presentes no solo e utilizam energia gerada da decomposição de compostos nitrogenados. Sua importância na ecologia está ligada ao ciclo do nitrogênio, deixando-o disponível para absorção vegetal para síntese de compostos nitrogenados como aminoácidos e bases nitrogenadas.

O aumento da disponibilidade de nitrogênio no solo é possível através da ação de dois gêneros de bactérias: Nitrosomonas e Nitrobacter.

O processo inicia-se com a conversão do nitrogênio atmosférico (N₂) em amônia NH₃, que fica livre no solo. Essa amônia é então oxidada a nitrito (NO₂^-) pelas Nitrosomonas e parte de seus elétrons são utilizados como energia para os processos autotróficos da bactéria (geração de glicose, por exemplo).

2NH₃  + 3O₂ → 2NO₂^–  + 2H₂O + 2H⁺ + Energia

Equação da oxidação da amônia realizada pelas Nitrosomonas gerando nitrito.

6CO₂ + 6H₂O + Energia → C₆H₁₂O₆ + 6O₂

Equação de redução do dióxido de carbono gerando glicose como composto orgânico, utilizando a energia gerada com a oxidação da amônia pelas Nitrosomonas.

O nitrito liberado no solo pelas Nitrosomonasé então absorvido pelas Nitrobacter e também é oxidado gerando nitrato (NO₃^-) e energia para a síntese de moléculas orgânicas das Nitrobacter. O nitrato também é liberado no solo e este pode ser absorvido pelas plantas para síntese de aminoácidos e moléculas nitrogenadas.

2NO₂^–  + O₂ → 2NO₃^– + Energia

Equação da oxidação do nitrito realizada pelas Nitrobacter gerando nitrato.

6CO₂ + 6H₂O + Energia → C₆H₁₂O₆ + 6O₂

Equação de redução do dióxido de carbono gerando glicose como composto orgânico, utilizando a energia gerada como a oxidação do nitrito pelas Nitrobacter.

Esse processo de oxidação de nitrogênio o deixa disponível. Sua absorção pelo vegetal é chamada de “fixação do nitrogênio” e é importante em ecologia quando se estudo os ciclo biogeoquímicos, principalmente o ciclo do nitrogênio.

Ciclo do Nitrogênio com a ação das Nitrossomonas e Nitrobacter.

Esse tipo de micro-organismo consegue metabolizar o sulfeto de hidrogênio (H₂S), composto a base de enxofre que ao ser degradada libera enxofre livre no meio. Esse tipo de quimiossíntese é importante em ambientes de fontes termais submarinas.

As bactérias e Arqueias que metabolizam o enxofre estabelecem relação de simbiose com outros organismos como anelídeos poliquetas presentes nessas regiões, possibilitando seu crescimento e desenvolvimento.

A degradação do sulfeto de hidrogênio gera energia suficiente para as sulfobactérias produzir glicose que podem servir para seu próprio sustento quanto para alimentar os outros organismos associados.

12H₂S + 6CO₂ → C₆H₁₂O₆ + 6H₂O + 12S

Equação resumida de oxidação do sulfeto de hidrogênio e redução do dióxido de carbono glicose como composto orgânico além de água e enxofre.

Também chamadas de bactérias do ferro, esses micro-organismos produzem energia a partir da oxidação do hidróxido ferroso dissolvido gerando óxido férrico. Esses organismos geralmente colonizam ambientes de transição entre meios aquosos desoxigenados e anaeróbios com o ambiente aeróbio.

2Fe(OH)₂ + O₂ → H₂O + Fe₂O₃ + Energia

Equação oxidação do hidróxido ferroso realizado pelas bactérias do ferro e gerando óxido férrico e energia para a síntese de moléculas orgânicas.

O aumento das concentrações de óxido férrico gerados pela oxidação do Hidróxido Ferroso promove o crescimento de outros micro-organismos com enzimas específicas para reconverter o óxido férrico a hidróxido ferroso.

H₂O + Fe₂O₃ → 2Fe(OH)₂ + O₂

Conversão do óxido férrico a hidróxido ferroso.

Esse tipo de quimiossíntese pode ocorrer em locais aquosos com incidência de material de ferro enferrujado. A presença de ferrobactérias é caracterizada por odores desagradáveis, água amarelada ou avermelhada e por deixar o meio com textura oleosa e pegajosa. As espécies de bactérias que realizam quimiossíntese a partir de compostos férricos são Thiobacillus ferrooxidans e Leptospirillum ferrooxidans.