Antecedentes históricos y esencia del proceso
La quimiosíntesis representa la capacidad única de los organismos quimiosintéticos de utilizar la energía liberada durante la oxidación de sustancias inorgánicas. Esta energía se consume en la síntesis de compuestos orgánicos complejos necesarios para construir las estructuras de la propia célula.
La principal diferencia entre los quimiosintéticos y los fotoautótrofos radica en la fuente de energía: mientras que las plantas y las cianobacterias necesitan la luz solar, las bacterias quimiosintetizadoras dependen por completo de reacciones químicas (procesos exotérmicos).
El fenómeno de la quimiosíntesis fue descubierto en 1889 por el destacado microbiólogo ruso S.N. Vinogradski. Fue él quien demostró por primera vez la existencia en la naturaleza de organismos autótrofos no verdes, al estudiar detalladamente la actividad vital de las bacterias nitrificantes. Este descubrimiento revolucionó las ideas científicas sobre los métodos de nutrición de los seres vivos.
Bacterias nitrificantes
Las bacterias nitrificantes habitan principalmente en el suelo y en diversos cuerpos de agua. Desempeñan un papel colosal en la naturaleza, siendo un eslabón fundamental en el ciclo global del nitrógeno.
Su mecanismo de trabajo específico consiste en segregar enzimas directamente al medio externo. El proceso de oxidación de los compuestos nitrogenados se lleva a cabo en dos etapas sucesivas:
- Oxidación del amoníaco a ácido nitroso (Etapa I). En esta fase, el amoníaco reacciona con el oxígeno:
$2NH_3 + 3O_2 \rightarrow 2HNO_2 + 2H_2O + E$
- Oxidación del ácido nitroso a ácido nítrico (Etapa II). El ácido nitroso obtenido se somete a una oxidación posterior:
$2HNO_2 + O_2 \leftrightarrow 2HNO_3 + E$
La energía ($E$) liberada en ambas etapas es captada por las bacterias y gastada en sus procesos plásticos internos.
Bacterias incoloras del azufre y del hierro
Entre otros representantes importantes de los quimiosintéticos se encuentran organismos que utilizan compuestos de azufre y hierro.
Las bacterias incoloras del azufre habitan en cuerpos de agua ricos en sulfuro de hidrógeno ($H_2S$). Sintetizan moléculas orgánicas a partir del dióxido de carbono ($CO_2$), obteniendo energía mediante la oxidación del sulfuro de hidrógeno.
- En la primera etapa se produce la oxidación del $H_2S$ con la liberación de azufre libre y energía:
$2H_2S + O_2 \rightarrow 2H_2O + 2S + E$
- Si hay escasez de sulfuro de hidrógeno en el medio, las bacterias son capaces de oxidar el azufre libre acumulado hasta ácido sulfúrico, obteniendo energía adicional:
$2S + 3O_2 + 2H_2O \rightarrow 2H_2SO_4 + E$
Las bacterias del hierro se especializan en cambiar la valencia del hierro. Su mecanismo se basa en la oxidación del hierro ferroso a férrico: $4Fe^{2+} + O_2 + 4H^+ \rightarrow 4Fe^{3+} + 2H_2O + E$. Como resultado de la actividad vital de estos microorganismos, se forman depósitos de mineral de hierro en los pantanos.
Bacterias del hidrógeno
Otro grupo único son las bacterias del hidrógeno, que habitan en el suelo. Utilizan el hidrógeno molecular como sustrato energético. Este gas no surge de la nada: se forma como resultado de la descomposición anaerobia (sin oxígeno) de diversos restos orgánicos por otros microorganismos.
La reacción química que proporciona energía a las bacterias del hidrógeno es la siguiente: $2H_2 + O_2 \rightarrow 2H_2O + E$
Al igual que en otros casos de quimiosíntesis, la energía liberada durante la formación de agua se destina a la asimilación autótrofa.
Para memorizar los cuatro grupos de quimiosintéticos, utilice la regla mnemotécnica: Nitrificantes, Sulfobacterias, Ferrobacterias, Hidrogenobacterias.
Preguntas de clases y exámenes
¿Qué sirve como fuente de energía en la quimiosíntesis?
La fuente de energía es la oxidación de compuestos inorgánicos (por ejemplo, amoníaco, sulfuro de hidrógeno, hierro ferroso o hidrógeno). Estas son reacciones exotérmicas cuya energía se destina a la síntesis de materia orgánica.
¿Cuál es el papel ecológico de las ferrobacterias?
Como resultado de los procesos de oxidación del hierro ferroso a férrico por parte de las ferrobacterias, se forma el mineral de hierro de los pantanos.
¿Quién descubrió la quimiosíntesis y cuándo?
El proceso fue descubierto en 1889 por el microbiólogo ruso S.N. Vinogradski, quien demostró la existencia de organismos autótrofos no verdes utilizando como ejemplo las bacterias nitrificantes.
Qué más repasar sobre el tema
- Mecanismos de secreción de enzimas al medio externo por parte de las bacterias nitrificantes
- Relación de las bacterias del hidrógeno con la descomposición anaerobia de la materia orgánica
- Mecanismo de oxidación en dos etapas en las bacterias incoloras del azufre (hasta azufre y hasta ácido sulfúrico)
- Papel de las bacterias nitrificantes en el ciclo global del nitrógeno
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