Fasi di chemosintesi, organismi, differenze con la fotosintesi

IL Chemosintesi È un processo biologico caratteristico di alcuni organismi autotrofici che sfruttano l'energia chimica per convertire le sostanze inorganiche in materia organica. Si differenzia dalla fotosintesi in cui quest'ultimo usa energia dalla luce solare.

Gli organismi in grado di eseguire la chemosintesi sono, generalmente, procarioti come batteri e altri microrganismi come gli archi, che estraggono energia da reazioni che comportano l'ossidazione di composti molto piccoli.

Fotografia di Riftia Pachyptila, un organismo chemosintetico (Fonte: Programma di Explorer di Noa Okeanos, Rift Expedition 2011 [Dominio pubblico] via Wikimedia Commons)

Gli esempi più comuni di batteri chimici sono i batteri nitrificanti, che ossidano l'ammonio per produrre biossido di azoto, nonché batteri dello zolfo, in grado di ossidare l'acido solforico, lo zolfo e altri composti di zolfo.

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Origine del concetto

Il microbiologo Sergei Winogradsky, nel 1890, fu il primo scienziato a parlare della possibile esistenza di processi chimici, dal momento che presumeva che ci dovrebbe essere un processo simile a quello della fotosintesi che utilizzava una fonte di energia diversa dalla luce solare alla luce solare.

Tuttavia, il termine "chemosintesi" fu coniato nel 1897 da Pfeffer. Le teorie di Winogradsky furono dimostrate nel 1977 durante la spedizione fatta dal sottomarino "Alvin" verso le acque profonde dell'oceano, intorno alle Isole Galapagos.

In questa spedizione, gli scienziati a bordo del sottomarino hanno scoperto ecosistemi batterici che sussistono in presenza di materia inorganica e altri nella simbiosi con alcuni animali marini invertebrati.

Al momento, vari ecosistemi chemosintetici sono noti in tutto il mondo, particolarmente associati agli ambienti marini e oceanici e, in misura minore, con ecosistemi terrestri. In questi ambienti, i microrganismi chemosintetici rappresentano importanti produttori primari di materia organica.

Fasi

La chemosintesi si verifica, quasi sempre, all'interfaccia di ambienti aerobici e anaerobici medi, dove sono concentrati i prodotti finali della decomposizione anaerobica e grandi quantità di ossigeno.

Come la fotosintesi, la chemosintesi ha fasi ben definite: un ossidativo e un biosintetico. Il primo usa composti inorganici e durante la seconda materia organica si verifica.

Fase ossidativa

Durante questa prima fase e a seconda del tipo di organismo considerato, diversi tipi di composti inorganici ridotti come ammoniaca, zolfo e suoi derivati, ferro, alcuni derivati ​​di azoto, idrogeno, ecc.

In questa fase, l'ossidazione di questi composti rilascia l'energia che viene sfruttata per la fosforilazione dell'ADP, formando ATP, una delle principali valute energetiche degli esseri viventi e, inoltre, la riduzione dell'energia viene generata sotto forma di molecole NADH.

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Una peculiarità del processo chemosintetico ha a che fare con la quale parte dell'ATP che viene generata viene utilizzata per spingere il trasporto inverso della catena elettronica, al fine di ottenere più agenti riducenti sotto forma di NADH.

In sintesi, questa fase consiste nella formazione di ATP dall'ossidazione di donatori di elettroni appropriati, la cui energia biologicamente utile viene utilizzata nella fase di biosintesi.

Fase di biosintesi

La biosintesi della materia organica (composti carbonizzati) si verifica grazie all'uso dell'energia contenuta nei legami ad alta energia dell'ATP e nella potenza riducente immagazzinata nelle molecole NADH.

Questa seconda fase della chemosintesi è "omologa" a cui si verifica durante la fotosintesi, poiché la fissazione degli atomi di carbonio è somministrata nelle molecole organiche.

Allo stesso modo, l'anidride carbonica (CO2) è fissata sotto forma di carboni organici, mentre l'ATP diventa ADP e fosfato inorganico.

Organismi chemosintetici

Esistono vari tipi di microrganismi chemosintetici, essendo alcuni medici e altri obbligati. Ciò significa che alcuni dipendono esclusivamente dalla chemosintesi per ottenere energia e materia organica, e altri lo fanno se l'ambiente li condizioni.

I microrganismi chemosintetici non sono molto diversi dagli altri microrganismi, poiché ottengono anche energia dai processi di trasporto di elettroni in cui sono coinvolte molecole come flavinas, chinonas e citocromi.

Da questa energia, sono in grado di sintetizzare i componenti cellulari dagli zuccheri che sono sintetizzati internamente grazie alla riduzione dell'assimilazione del biossido di carbonio.

Alcuni autori ritengono che gli organismi chemosintetici possano essere divisi in chemio-organoautotroph e chimio-lithoautotrophs, secondo il tipo di composto da cui estraggono energia, che possono essere organici o inorganici, rispettivamente.

Per quanto riguarda i procarioti, la maggior parte degli organismi chemosintetici sono batteri negativi da grammo, di solito del genere Pseudomonas e altri si sono riferiti. Tra questi ci sono:

- Batteri nitrificanti.

- Batteri in grado di ossidare i composti di zolfo e zolfo (Zolfo batterico).

- Batteri in grado di ossidare l'idrogeno (Batteri idrogeno).

- Batteri in grado di ossidare il ferro (Batteri di ferro).

I microrganismi chemosintetici utilizzano un tipo di energia che si perderebbe nel sistema di biosfera. Questi costituiscono gran parte della biodiversità e della densità di popolazione di molti ecosistemi in cui l'introduzione della materia organica è molto limitata.

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La sua classificazione ha a che fare con composti in grado di utilizzare i donatori di elettroni.

Batteri nitrificanti

Furono scoperti nel 1890 da Winogradsky e alcuni dei generi descritti finora formano aggregati che sono circondati dalla stessa membrana. Sono comunemente isolati dagli ambienti terrestri.

La nitrificazione implica l'ossidazione dell'ammonio (NH4) ai nitriti (NO2-) e i nitriti (NO2-) ai nitrati (NO3-). I due gruppi di batteri che partecipano a questo processo, spesso coesistono nello stesso habitat per sfruttare entrambi i tipi di composti che impiegano CO2 come fonte di carbonio.

Batteri in grado di ossidare i composti di zolfo e zolfo

Questi sono batteri in grado di ossidare i composti dello zolfo inorganico e depositare lo zolfo all'interno della cellula in compartimenti specifici. All'interno di questo gruppo, sono classificati alcuni batteri filamentosi e non filamentosi di diversi generi di batteri opzionali e obbligatori.

Questi organismi sono in grado di utilizzare composti di zolfo altamente tossici per la maggior parte degli organismi.

Il composto più comunemente usato da questo tipo di batteri è il gas H2S (acido solforico). Tuttavia, possono anche usare zolfo elementare, tiosulfati, politici, solfuri di metallo e altre molecole come i donatori di elettroni.

Alcuni di questi batteri meritano il pH acido per crescere, quindi sono noti come batteri acidofili, mentre altri possono farlo a pH neutro, più vicino alla "normalità".

Molti di questi batteri possono formare "letti" o biofilm in diversi tipi di ambienti, ma soprattutto negli scarichi delle industrie minerarie, nelle sorgenti calde dello zolfo e nei sedimenti oceanici.

Di solito sono chiamati batteri incolori, in quanto differiscono da altri batteri verdi e viola che sono fotoautotrofi che non hanno pigmenti di alcun tipo, oltre a non aver bisogno della luce solare.

Batteri in grado di ossidare l'idrogeno

In questo gruppo sono batteri in grado di crescere in mezzi minerali con atmosfere ricche di idrogeno e ossigeno e la cui unica fonte di carbonio è il biossido di carbonio.

Qui ci sono batteri gram negativi e gram positivi, in grado di crescere in condizioni eterotrofiche e che possono avere diversi tipi di metabolismi.

L'idrogeno si accumula dalla rottura anaerobica delle molecole organiche, che si ottiene da diversi batteri fermentativi. Questo elemento è un'importante fonte di batteri e archi chemosintetici.

I microrganismi in grado di usarlo come donatore di elettroni lo fanno grazie alla presenza di un enzima idrogenasi associato alle sue membrane, nonché alla presenza di ossigeno come accettore elettronico.

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Batteri in grado di ossidare ferro e manganese

Questo gruppo di batteri è in grado di utilizzare l'energia generata dell'ossidazione del manganese o del ferro in stato ferroso al suo stato ferrico. Include anche batteri in grado di crescere in presenza di tiosolfati come donatori di idrogeno inorganico.

Dal punto di vista ecologico, i batteri ossidanti di ferro e magnesio sono importanti per la disintossicazione ambientale, poiché la concentrazione di metalli tossici disciolti diminuisce.

Organismi simbiotici

Oltre ai batteri della vita libera, ci sono alcuni animali invertebrati che abitano ambienti inospitali e che sono associati a alcuni tipi di batteri chimici per sopravvivere.

La scoperta delle prime simbioni si è verificata dopo lo studio di un gigantesco worm del tubo, Riftia Pachyptila, privo di un tratto digestivo e ottiene energia vitale dalle reazioni fatte dai batteri con cui è associato.

Differenze con la fotosintesi

La caratteristica più distintiva degli organismi chemosintetici è che combinano la capacità di utilizzare i composti inorganici per ottenere energia e ridurre la potenza, oltre a correggere efficacemente le molecole di anidride carbonica. Qualcosa che può accadere in totale assenza di luce solare.

La fotosintesi viene eseguita da piante, alghe e alcuni tipi di batteri e protozoi. Usa l'energia dalla luce solare per spingere la trasformazione di anidride carbonica e acqua (fotolisi) in ossigeno e carboidrati, attraverso la produzione di ATP e NADH.

La chemosintesi, d'altra parte, sfrutta l'energia chimica rilasciata dalle reazioni di riduzione dell'ossido per impostare molecole di anidride carbonica e produrre zuccheri e acqua grazie all'ottenimento di energia sotto forma di ATP e riduzione della potenza.

Nella chemosintesi, a differenza della fotosintesi, non sono coinvolti pigmenti e nessun ossigeno viene prodotto come prodotto secondario.

Riferimenti

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