Quimiosíntesis

Bacterias y arqueas quimiosintéticas: importancia biológica

1. QUIMIOSÍNTESIS Proceso del anabolismo autótrofo donde la energía es obtenida por la oxidación de iones inorgánicos reducidos (amonio, sulfuro de hidrógeno, ión ferroso). Es llevado a cabo por algunas bacterias y arqueas. Tiene una gran importancia en ecosistemas donde no llega la luz, como las fuentes hidrotermales de las dorsales oceánicas.

2. Fase oxidativa es diferente según cada tipo de bacteria, que utiliza un ión o molécula reducidos diferentes Al oxidar un compuesto orgánico reducido, las bacterias quimiosintéticas obtienen energía que se almacena en forma de ATP y NADH, que utilizarán en la fase biosintética para fabricar la materia orgánica. En esta fase se oxidan moléculas inorgánicas reducidas presentes en el medio; las principales son el  hidrógeno  (H 2 ), el  sulfuro de hidrógeno  (H 2 S), el  azufre  elemental (S), el  tiosulfato  (S 2 O 3 – ), el  amoníaco  (NH 3 ), los  nitritos  (NO 2 – ) y el  hierro  ferroso (Fe 2+ ). Los electrones arrancados a estos sustratos ingresan en una  cadena transportadora de electrones , análoga a la de la  respiración mitocondrial ; como en ella, el aceptor final de los electrones es el  oxígeno , y se produce la  fosforilación oxidativa , que genera ATP. Para generar poder reductor, en forma de  coenzimas  reducidos (sobre todo  NADH ), una parte del ATP producido se utiliza para provocar un  transporte inverso de electrones  en la misma cadena transportadora.

3. Fase biosintética o fijación del dióxido de carbono para crear materia orgánica es un proceso común a todas estas bacterias En esta fase, el ATP y NADH generados en la fase anterior se utilizan en reducir el dióxido de carbono mediante el Ciclo de Calvin (sin NADPH) y, según los casos, reducir el nitrato o el sulfato. Los procariotas quimiosintéticos o quimiolitotrofos son bacterias o arqueas aerobios, ya que el aceptor final de electrones es el oxígeno. Tienen un papel fundamental en la Biosfera por: A) Formar la base de las cadenas tróficas en ecosistemas sin luz. B) Participan en los ciclos biogeoquímicos del N o del S, permitiendo el reciclaje de los compuestos nitrogenados en el suelo o en el agua, poniéndolos de nuevo a disposición de los organismos fotosintéticos.

4. Gusanos tubícolas gigantes de las fuentes hidrotermales con bacterias quimiosintéticas en simbiosis en vez de intestino: 12 H 2 S  + 6C O 2  → C 6 H 12 O 6 + 6 H 2 O  + 12 S

5. ECOSISTEMAS DE LAS FUENTES HIDROTERMALES  Las comunidades hidrotermales son capaces de sostener enorme cantidad de organismos porque existen procariotas quimiosintéticos que aprovechan los compuestos minerales que existen en dicha área. El agua que sale de los respiraderos hidrotermales es rica en minerales disueltos, y es compatible con una gran población de procariotas autótrofos. Estos procariotas utilizan compuestos de azufre, en particular  sulfuro de hidrógeno , una molécula altamente tóxica para los organismos más conocidos, para producir materia orgánica mediante el proceso de  quimiosíntesis . Aunque la vida es muy escasa en estas profundidades, las fumarolas negras son el eje de los ecosistemas. La luz del sol es inexistente, por lo que muchos organismos –como  arqueas  y  extremófilos – convierten el calor, el  metano  y los compuestos de azufre proporcionada por los fumadores negro en energía a través de un proceso llamado quimiosíntesis . Más formas de vida complejas, como las  almejas  y  gusanos  se alimentan de estos organismos.

6. BACTERIAS QUIMIOSINTÉTICAS DEL NITRÓGENO Importantísimas en el reciclaje del N en los ecosistemas, cerrando su ciclo biogeoquímico, ya que oxidan el amoníaco procedente de la descomposición de cadáveres animales, de orina, heces y restos vegetales, transformándolo en amonio asimilable por las plantas: Residuos proteicos ---> aa - - amonio -- nitrito -- nitrato -- Raíces Los procesos representados son: A) Hidrólisis de las proteínas. B) Desaminación de los aa. C) Nitrosificación ( ej. Nitrosomonas ) u oxidación del amonio con el NAD+. D) Nitrificación (ej. Nitrobacter ) u oxidación del nitrito con el NAD+. E) Asimilación del nitrato por las plantas (absorción por los pelos radicales).

7. BACTERIAS INCOLORAS DEL AZUFRE O SULFOBACTERIAS INCOLORAS También son muy importantes, ya que cierran el ciclo biogeoquímico del azufre, además de estar en la base trófica de ciertos ecosistemas submarinos. Oxidan el sulfuro de hidrógeno procedente de las fuentes hidrotermales o de la materia orgánica en descomposición, produciendo, a través de sucesivas oxidaciones con el NAD+ hasta dar sulfato, que es asimilado por las plantas: Residuos proteicos con Cys / Met --  sulfuro de hidrógeno -- azufre -- sulfato -- Raíces El sulfuro se oxida a azufre con el NAD+. El azufre se vuelve a oxidar a sulfato también con el NAD+. Un ejemplo de bacteria que realiza este proceso es Thiobacillus .

8. FERROBACTERIAS (ej. Ferrobacillus ) Abundan en Río Tinto, que recoge las aguas de terrenos con piritas (sulfuro ferroso). El Fe (II) en presencia del oxígeno es oxidado con el NAD+por la ferrobacteria , obteniéndose Fe (III), que tiñe las agua de color rojizo, de donde viene el nombre del río. Las ferrobacterias y sulfobacterias de Río Tinto podrían existir en Marte o en otros astros, por lo que los astrobiólogos estudian intensivamente la ecología microbiana de este río):