Definición y ejemplos de quimiosíntesis

La quimiosíntesis es la conversión de compuestos de carbono y otras moléculas. en compuestos orgánicos. En esta reacción bioquímica, el metano o un compuesto inorgánico, como el sulfuro de hidrógeno o el gas de hidrógeno, es oxidado para actuar como la fuente de energía. En contraste, la fuente de energía para fotosíntesis (el conjunto de reacciones a través de las cuales el dióxido de carbono y el agua se convierten en glucosa y oxígeno) usa la energía de la luz solar para impulsar el proceso.

Sergei Nikolaevich Vinogradnsii propuso la idea de que los microorganismos podrían vivir de compuestos inorgánicos. (Winogradsky) en 1890, según una investigación realizada sobre bacterias que parecían vivir a partir de nitrógeno, hierro o azufre. La hipótesis fue validada en 1977 cuando el sumergible de alta mar Alvin observó gusanos tubulares y otras formas de vida que lo rodeaban. respiraderos hidrotermales en la grieta de Galápagos. La estudiante de Harvard Colleen Cavanaugh propuso y luego confirmó que los gusanos tubulares sobrevivieron debido a su relación con las bacterias quimiosintéticas. El descubrimiento oficial de la quimiosíntesis se acredita a Cavanaugh.

Los organismos que obtienen energía por oxidación de donantes de electrones se llaman quimiotróficos. Si las moléculas son orgánicas, los organismos se denominan quimioorganotrofos. Si las moléculas son inorgánicas, los organismos son términos quimiolitotrofos. En contraste, los organismos que usan energía solar se llaman fotótrofos.

Los quimioautótrofos obtienen su energía de reacciones químicas y sintetizan compuestos orgánicos a partir de dióxido de carbono. La fuente de energía para la quimiosíntesis puede ser azufre elemental, sulfuro de hidrógeno, hidrógeno molecular, amoníaco, manganeso o hierro. Los ejemplos de quimioautótrofos incluyen bacterias y arqueas metanogénicas que viven en respiraderos de aguas profundas. La palabra "quimiosíntesis" fue originalmente acuñada por Wilhelm Pfeffer en 1897 para describir la producción de energía por oxidación de moléculas inorgánicas por autótrofos (quimiolitoautotrofia). Según la definición moderna, la quimiosíntesis también describe la producción de energía mediante quimioorganoautotrofia.

Los quimioheterótrofos no pueden fijar el carbono para formar compuestos orgánicos. En cambio, pueden usar fuentes de energía inorgánicas, como azufre (quimiolitoheterótrofos) o fuentes de energía orgánica, como proteínas, carbohidratos y lípidos (quimioorganoheterótrofos).

Se ha detectado quimiosíntesis en respiraderos hidrotermales, cuevas aisladas, clatratos de metano, caídas de ballenas y filtraciones frías. Se ha planteado la hipótesis de que el proceso puede permitir la vida debajo de la superficie de Marte y la luna de Júpiter, Europa. así como otros lugares en el sistema solar. La quimiosíntesis puede ocurrir en presencia de oxígeno, pero no es necesaria.

Además de las bacterias y las arqueas, algunos organismos más grandes dependen de la quimiosíntesis. Un buen ejemplo es el gusano de tubo gigante que se encuentra en grandes cantidades alrededor de respiraderos hidrotermales profundos. Cada gusano alberga bacterias quimiosintéticas en un órgano llamado trofosoma. La bacteria oxida el azufre del ambiente del gusano para producir el alimento que el animal necesita. Usando sulfuro de hidrógeno como fuente de energía, la reacción para la quimiosíntesis es:

12 H₂S + 6 CO₂ → C₆H₁₂O₆ + 6 H₂O + 12 S

Esto es muy parecido a la reacción para producir carbohidratos a través de la fotosíntesis, excepto fotosíntesis libera gas oxígeno, mientras que la quimiosíntesis produce azufre sólido. Los gránulos de azufre amarillo son visibles en el citoplasma de las bacterias que realizan la reacción.

Otro ejemplo de quimiosíntesis se descubrió en 2013 cuando se encontraron bacterias que viven en basalto debajo del sedimento del fondo del océano. Estas bacterias no estaban asociadas con una ventilación hidrotermal. Se ha sugerido que las bacterias usan hidrógeno de la reducción de minerales en el agua de mar que baña la roca. La bacteria podría reaccionar hidrógeno y dióxido de carbono para producir metano.

Si bien el término "quimiosíntesis" se aplica con mayor frecuencia a los sistemas biológicos, se puede usar de manera más general para describir cualquier forma de síntesis química provocada por el movimiento térmico aleatorio de reactivos. En contraste, la manipulación mecánica de las moléculas para controlar su reacción se llama "mecanosíntesis". Tanto la quimiosíntesis como la mecanosíntesis tienen el potencial de construir compuestos complejos, incluidas nuevas moléculas y moléculas orgánicas.

• Campbell, Neil A., y col. Biología. 8a ed., Pearson, 2008.
• Kelly, Donovan P. y Ann P. Madera. “Los procariotas quimiolitotróficos.” Los procariotas, editado por Martin Dworkin, et al., 2006, pp. 441-456.
• Schlegel, H.G. "Mecanismos de quimio-autotrofia". Ecología marina: un tratado integral e integrado sobre la vida en los océanos y las aguas costeras, editado por Otto Kinne, Wiley, 1975, pp. 9-60.
• Somero, Gn. "Explotación simbiótica del sulfuro de hidrógeno.” Fisiologíavol. 2, no. 1, 1987, pp. 3-6.