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Quimioosanhesis

Última atualização em 19 de agosto de 2022

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 executar essa tarefa.

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

Depois de passar por seus elétrons pela cadeia de transporte de elétrons, a fonte de combustível químico surge de uma forma diferente. O gás sulfeto de hidrogênio, por exemplo, é convertido em enxofre elementar sólido e água.

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

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

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

No entanto, esses vermes do tubo dependem parcialmente da fotossíntese porque usam oxigênio (um produto de organismos fotossintéticos) para tornar sua quimiossíntese mais eficiente.

Equação de quimiossíntese

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

Reagentes:

  • Um composto inorgânico contendo carbono, como dióxido de carbono ou metano. Esta será a fonte do carbono na molécula orgânica no final do processo.
  • Uma fonte química de energia, como gás hidrogênio, sulfeto de hidrogênio ou ferro ferroso.

Produtos:

  • Um composto orgânico, como um açúcar ou aminoácido.
  • Uma versão transformada da fonte de energia, como enxofre elementar ou ferro férrico.

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

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

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

A versão reduzida se parece com a seguinte:

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 confiar em outros organismos para alimentos.

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

Hoje é usado por micróbios que vivem nos oceanos profundos, 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 poderia realmente ter sido a primeira forma de metabolismo na Terra, com a fotossíntese e a respiração celular evoluindo mais tarde à medida que as formas de vida se tornaram mais complexas. Podemos nunca ter 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

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

As bactérias nessa equação consomem gás sulfeto de hidrogênio (12h2s) e depois produz enxofre elementar sólido como resíduo (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

O tipo mais conhecido de bactérias que usam íons metálicos para quimiossíntese são bactérias de ferro.

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

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

Bactérias nitrogênio

As bactérias nitrogênio são qualquer bactéria que use compostos de nitrogênio em seu processo metabólico. Enquanto todas essas bactérias usam elétrons de compostos de nitrogênio para criar compostos orgânicos, eles podem ter efeitos muito diferentes em seu ecossistema, dependendo de quais compostos eles usam.

As bactérias nitrogênio geralmente podem ser divididas em três classes:

1. Bactérias nitrificantes:

As 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 alimentos e até transformá -lo em uma substância benéfica.

As bactérias nitrificantes pegam elétrons de amônia e converte a amônia em nitritos e, finalmente, nitratos. Os nitratos são essenciais para muitos ecossistemas, porque a maioria das plantas precisa que elas produzam aminoácidos essenciais.

A nitrificação é frequentemente um processo de duas etapas: uma bactéria converterá amônia em um nitrito e, em seguida, outras espécies de bactérias converterão esse nitrito em um nitrato.

As bactérias nitrificantes podem transformar solos hostis em terrenos férteis para plantas e, posteriormente, para animais.

2. Bactérias desnitrificantes:

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

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

As bactérias desnitrificantes competem por esses compostos e podem esgotar o solo, resultando em capacidade limitada para o crescimento das plantas.

3. Bactérias de fixação de nitrogênio:

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

Historicamente, questões de fertilidade e até fome ocorreram quando o solo se esgotou de nitratos devido a processos naturais ou uso excessivo de terras agrícolas.

Muitas culturas aprenderam a manter o solo fértil, girando culturas que consomem nitrogênio com culturas de fixação de nitrogênio.

O segredo das culturas de fixação de nitrogênio é que as próprias plantas não fixam nitrogênio: em vez disso, elas 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 de fixação de nitrogênio”-observe os nódulos redondos que são, de fato, colônias de bactérias quimiossintéticas de fixação de nitrogênio:

Os fertilizantes modernos são frequentemente feitos de nitratos artificiais, como os compostos feitos por bactérias fixadoras de nitrogênio.

Metanobactérias

A metanobactéria são na verdade arquebactérias – mas os cientistas começaram a estudá -las muito antes de entenderem completamente as diferenças entre arquebactérias e “verdadeiras bactérias”.

Tanto as archaabactérias quanto as bactérias verdadeiras são procariontes de célula única-o que significa que elas parecem bastante semelhantes sob o microscópio. Mas os métodos modernos de análise genética e bioquímica revelaram que existem importantes diferenças químicas entre os dois, com as archaabactérias usando muitos compostos químicos e possuindo muitos genes não encontrados no reino das bactérias.

Uma das habilidades encontradas nas archaabactérias que não é encontrada em “Bactérias verdadeiras” é o processo metabólico que cria metano. Somente espécies de archaabactérias podem combinar dióxido de carbono e hidrogênio para produzir metano.

A metanobactéria vive em uma variedade de ambientes – inclusive dentro do seu próprio corpo! Methanobacteria são encontrados no fundo do oceano, em pântanos e pântanos, nos estômagos das vacas – e mesmo dentro do estômago humano, onde quebram alguns açúcares, não podemos digerir para produzir metano e energia.

Termos de biologia relacionados

  • Archaabactérias – uma linhagem antiga de procariontes. Uma vez que se pensa ser um subtipo de bactérias, a análise moderna revelou que as archaabactérias são uma linhagem totalmente diferente das bactérias modernas.
  • Bactérias – um reino moderno dos procariotos. Hoje, às vezes eles são chamados de “eubactérias” ou “bactérias verdadeiras” para diferenciá -las das archaabactérias.
  • Cadeia de transporte de elétrons – um princípio frequentemente usado pelas células para colher energia do meio ambiente. Os elétrons são passados através de uma série de proteínas, que colhem sua energia para produzir moléculas que dão vidas como ATP.

Questionário

1. Qual das alternativas 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 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.

Resposta à pergunta nº 1

B está correto. A quimiossíntese não requer energia da luz solar. Por esse motivo, pode ser usado por organismos em ecossistemas iluminados, como o fundo do oceano.

2. Qual das alternativas 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. termina com uma versão transformada da fonte de energia química no lado do produto. E. Nenhuma das opções acima.

Resposta à pergunta nº 2

E está correto. Todos os itens acima são características da equação da quimiossíntese.

3. Qual das alternativas a seguir não é um tipo de bactéria quimiossintética? A. bactérias de ferro B. bactérias produtoras de metano C. bactérias de enxofre D. bactérias fixadoras de nitrogênio E. Nenhuma das opções acima.

Resposta à pergunta nº 3

E está correto. Todos os itens acima são tipos de bactérias quimiossintéticas.

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