Quimiossíntese

Contexto histórico e essência do processo

A quimiossíntese representa a capacidade única dos organismos quimiossintetizantes de utilizar a energia liberada durante a oxidação de substâncias inorgânicas. Essa energia é gasta na síntese de compostos orgânicos complexos necessários para a construção das estruturas da própria célula.

A principal diferença entre os quimiossintetizantes e os fotoautótrofos está na fonte de energia: enquanto as plantas e as cianobactérias necessitam de luz solar, as bactérias quimiossintetizantes dependem inteiramente de reações químicas (processos exotérmicos).

O fenômeno da quimiossíntese foi descoberto em 1889 pelo eminente microbiologista russo S. N. Vinogradsky. Foi ele quem primeiro provou a existência na natureza de organismos autótrofos não verdes, estudando detalhadamente a atividade vital das bactérias nitrificantes. Essa descoberta revolucionou a compreensão científica sobre os modos de nutrição dos seres vivos.

Bactérias nitrificantes

As bactérias nitrificantes habitam predominantemente o solo e vários corpos d'água. Elas desempenham um papel colossal na natureza, sendo um elo fundamental no ciclo global do nitrogênio.

O mecanismo específico de sua atuação consiste na liberação de enzimas diretamente no ambiente externo. O processo de oxidação de compostos nitrogenados ocorre em duas etapas sucessivas:

1. Oxidação da amônia a ácido nitroso (Etapa I). Nesta fase, a amônia reage com o oxigênio:

$2NH_3 + 3O_2 \rightarrow 2HNO_2 + 2H_2O + E$

1. Oxidação do ácido nitroso a ácido nítrico (Etapa II). O ácido nitroso resultante é submetido a uma nova oxidação:

$2HNO_2 + O_2 \leftrightarrow 2HNO_3 + E$

A energia ($E$) liberada em ambas as etapas é capturada pelas bactérias e gasta em seus processos plásticos internos.

Bactérias sulfurosas incolores e ferrobactérias

Entre outros representantes importantes dos quimiossintetizantes, destacam-se os organismos que utilizam compostos de enxofre e ferro.

As bactérias sulfurosas incolores povoam águas ricas em gás sulfídrico ($H_2S$). Elas sintetizam moléculas orgânicas a partir de dióxido de carbono ($CO_2$), obtendo energia por meio da oxidação do gás sulfídrico.

• Na primeira etapa, ocorre a oxidação do $H_2S$ com liberação de enxofre livre e energia:

$2H_2S + O_2 \rightarrow 2H_2O + 2S + E$

• Se houver escassez de gás sulfídrico no ambiente, as bactérias são capazes de oxidar o enxofre livre acumulado até ácido sulfúrico, obtendo energia adicional:

$2S + 3O_2 + 2H_2O \rightarrow 2H_2SO_4 + E$

As ferrobactérias são especializadas na alteração da valência do ferro. O mecanismo delas baseia-se na oxidação do ferro ferroso ($Fe^{2+}$) a férrico ($Fe^{3+}$): $4Fe^{2+} + O_2 + 4H^+ \rightarrow 4Fe^{3+} + 2H_2O + E$ Como resultado da atividade vital desses microrganismos, formam-se depósitos de minério de ferro pantanoso na natureza.

Bactérias do hidrogênio

Outro grupo único são as bactérias do hidrogênio, que habitam o solo. Elas utilizam o hidrogênio molecular como substrato energético. Esse gás não surge do nada: ele é formado como resultado da decomposição anaeróbica (sem oxigênio) de vários resíduos orgânicos por outros microrganismos.

A reação química que fornece energia às bactérias do hidrogênio é a seguinte: $2H_2 + O_2 \rightarrow 2H_2O + E$

Como em outros casos de quimiossíntese, a energia liberada durante a formação da água é direcionada para a assimilação autotrófica.

Questões de aulas e exames

O que mais estudar sobre o tema

• Mecanismos de liberação de enzimas pelas bactérias nitrificantes no ambiente externo
• A relação das bactérias do hidrogênio com a decomposição anaeróbica de matéria orgânica
• O mecanismo de oxidação em duas etapas nas bactérias sulfurosas incolores (até enxofre e até ácido sulfúrico)
• O papel das bactérias nitrificantes no ciclo global do nitrogênio

Outros tópicos da seção «Metabolismo e conversão de energia»

Material preparado por professores da WhiteCoat Pro de acordo com o currículo de medicina. Possui caráter educacional.