Quimiosíntesis

La quimiosíntesis es el proceso en el cual la energía química que se libera en reacciones de reducción y oxidación (redox) de compuestos inorgánicos que se utiliza para sintetizar compuestos orgánicos.

Los organismos que realizan quimiosíntesis son procariotas, autótrofos y, usan el CO2 como fuente de carbono y lo fijan en un proceso similar al ciclo de Calvin de las plantas.

Las bacterias quimiosintéticas o quimiolitotrofas son capaces de generar energía, en forma de ATP, y poder reductor, en forma de NADH + H+ fijando en el proceso el carbono del CO2 del aire y dependiendo de su fuente de energía fijará nitrógeno o azufre de nitratos, nitritos y sulfatos.

Las bacterias quimiosintéticas

Algunos microorganismos quimiosintéticos son obligados, es decir, dependen de la quimiosíntesis para la obtención de materia y energía, y otros son facultativos, es decir, realizan o no la quimiosíntesis dependiendo de las condiciones del ambiente.

Al fondo de los océanos no llega la luz solar por lo que los organismos fotosintéticos no pueden vivir en él. Las bacterias quimiosintéticas son capaces de crear energía y materia orgánica, por lo que sirven de base alimentaria del resto de organismos del ecosistema de fondos marinos.

Además, los compuestos reducidos que utilizan las bacterias quimiosintéticas, como el amoníaco (NH3) o el sulfuro de hidrógeno (H2S) pueden proceder de la descomposición de la materia orgánica. Al oxidarlas, se transforman en sustancias minerales, nitratos y sultafos (NO3 y SO42- respectivamente), que pueden ser absorbidas por las plantas. Estas bacterias tienen la importantísima función de cerrar los ciclos biogeoquímicos, permitiendo que los recursos no se agoten y posibilitando la vida en el planeta.

Tipos de bacterias quimiosintéticas

Según el sustrato que utilizan las bacterias se clasifican en los siguientes grupos:

  • Bacterias incoloras del azufre: Estos organismos generalmente usan el ácido sulfúrico (H2S) procedente de la descomposición de la materia orgánica, que se encuentra en aguas residuales y fuentes hidrotermales, pero también pueden emplear azufre elemental, tiosulfatos, politionatos, sulfuros metálicos y otras moléculas como donadores de electrones.. Los compuestos azufrados son altamente tóxicos para la mayoría de los organismos. Estas bacterias se denominan incoloras, porque a diferencia de las bacterias verdes y púrpuras (que son fotoautótrofas) no poseen pigmentos y no necesitan de la luz del sol. Un ejemplo es el género Thiobacter.
  • Bacterias del nitrógeno: Utilizan el amoniaco (NH3), un compuesto reducido del nitrógeno y lo transforman en nitrato (NO3) que puede ser aprovechado por las plantas. Esta oxidación del amoniaco procedente de la descomposición de la materia orgánica se realiza en dos fases y los dos grupos de bacterias que lo realizan suelen vivir en el mismo ecosistema aprovechando así mejor los recursos.
    • Bacterias nitrosificantes: Oxidan el amoniaco (NH3) presente en excrementos y materia orgánica en descomposición a nitrito (NO2). Un ejemplo es el género Nitrosomas.
    • Bacterias nitrificantes: Oxidan el nitrito (NO2) a nitrato (NO3). Un ejemplo es el género Nitrobacter.
  • Bacterias del hierro: Oxidan compuestos ferrosos (Fe2+) a férricos (Fe3+). Al igual que las bacterias incoloras del azufre, las bacterias oxidantes de hierro son importantes para la desintoxicación del medio en el que se encuentran al disminuir la concentración de los metales tóxicos disueltos.
  • Bacterias del hidrógeno: son quimioautótrofas facultativas, ya que pueden utilizar el hidrógeno molecular (H2) y oxidarlo para convertirlo en agua (H2O). Los microorganismos capaces de utilizar hidrógeno como donador de electrones tienen una enzima hidrogenasa asociada con sus membranas y utilizan el oxígeno como aceptor final de los electrones.

Fases de la quimiosíntesis

Fase oxidativa

Durante la fase oxidativa de la quimiosíntesis un compuesto inorgánico reducido se oxida. Dependiendo de la especie de bacteria y del sustrato disponible (amoniaco, nitritos, azufre, hierro, etc.) será un compuesto inorgánico y otro, tal y como ha quedado reflejado en el apartado anterior.

La oxidación de estos compuestos libera la energía en forma de ATP y se genera poder reductor en forma de NADH y es una fase análoga a la fase fotoquímica o luminosa de la fotosíntesis.

quimiosintesis

Fase biosintética

Esta fase es análoga a la fase biosintética u oscura de la fotosíntesis y en ella el CO2 se fija en las moléculas orgánicas gracias a la utilización de la energía contenida en los enlaces de alta energía del ATP y al poder reductor almacenado en las moléculas de NADH.

También se utiliza el ATP y el NADH obtenidos en la fase anterior para reducir compuestos inorgánicos (CO2, NO3, SO42-) y obtener compuestos orgánicos.

Quimiosíntesis y fotosíntesis

La fotosíntesis es realizada por plantas, algas y bacterias fotosintéticas. Utiliza la energía proveniente de la luz solar para transformar el dióxido de carbono y el agua (fotólisis) en oxígeno y materia orgánica, a través de la producción de ATP y NADH.

La quimiosíntesis es realizada por bacterias quimiosintéticas. Utiliza la energía química liberada en de reacciones de óxido-reducción para fijar moléculas de dióxido de carbono y producir moléculas orgánicas y agua gracias a la obtención de energía en forma de ATP y poder reductor.

Semejanzas entre quimiosíntesis y fotosíntesis

  Fotosíntesis y quimiosíntesis
Producto final Materia orgánica
Obtención de energía Fase oxidativa en la que se produce energía (ATP) y poder reductor (NADPH o NADH)
Síntesis de compuestos orgánicos Fase biosintética en la que se fija el CO2 utilizando ATP y NADH de la fase oxidativa

Diferencias entre quimiosíntesis y fotosíntesis

Fotosíntesis Quimiosíntesis
La realizan algas, plantas y bacterias fotosintéticas La realizan bacterias quimiosintéticas
Requiere la presencia de luz, utilizan energía luminosa Es independiente de la presencia de luz, utilizan energía química
Presencia de pigmentos No hay pigmentos
Requiere agua Se desprende agua
Se desprende oxígeno No se desprende oxígeno

Más información sobre la fotosíntesis, aquí.

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