Los quimiotrofos son organismos que obtienen energía por la oxidación de donantes de electrones en su entorno. [1] Estas moléculas pueden ser orgánicas ( quimioorganotrofas ) o inorgánicas ( quimiolitotrofas ). La designación de quimiotrofos contrasta con los fotótrofos , que utilizan energía solar. Los quimiotrofos pueden ser autótrofos o heterótrofos . Los quimiotrofos se pueden encontrar en los fondos oceánicos donde la luz del sol no puede llegar. O por encima del suelo, como en el caso de las bacterias del hierro.
Los quimioautótrofos (o autótrofos quimiotróficos) ( griego : Chemo (χημεία) = químico, auto (εαυτός) = yo, troph (τροφή) = alimento), además de obtener energía de las reacciones químicas , sintetizan todos los compuestos orgánicos necesarios a partir del dióxido de carbono . Los quimioautótrofos pueden usar fuentes de electrones inorgánicos como sulfuro de hidrógeno, azufre elemental , hierro ferroso , hidrógeno molecular y amoníaco o fuentes orgánicas. La mayoría de los quimioautótrofos son extremófilos , bacterias o arqueas que viven en ambientes hostiles (como respiraderos de aguas profundas ).) y son los productores primarios en dichos ecosistemas . Los quimioautótrofos generalmente se dividen en varios grupos: metanógenos , oxidantes y reductores de azufre , nitrificantes , bacterias anammox y termoacidófilos . Un ejemplo de uno de estos procariotas sería Sulfolobus . El crecimiento quimiolitotrófico puede ser dramáticamente rápido, como Hydrogenovibrio crunogenus con un tiempo de duplicación de alrededor de una hora. [2] [3]
El término " quimiosíntesis ", acuñado en 1897 por Wilhelm Pfeffer , originalmente se definió como la producción de energía por oxidación de sustancias inorgánicas en asociación con la autotrofia , lo que hoy se denominaría quimiolitoautotrofia. Posteriormente, el término incluiría también el de quimioorganoautotrofia, es decir, puede verse como sinónimo de quimioautotrofia. [4] [5]
Los quimioheterótrofos (o heterótrofos quimiotróficos) ( Gr : Chemo (χημία) = químico, hetero (ἕτερος) = (otro) trof (τροφιά) = alimento) no pueden fijar el carbono para formar sus propios compuestos orgánicos. Los quimioheterótrofos pueden ser quimiolitoheterótrofos, que utilizan fuentes de electrones inorgánicas como el azufre o, mucho más comúnmente, quimioorganoheterótrofos, que utilizan fuentes de electrones orgánicas como carbohidratos , lípidos y proteínas . [6] [7] [8] [9] La mayoría de los animales y hongos son ejemplos de quimioheterótrofos, que obtienen la mayor parte de su energía del O 2 . [10] Los halófilos son quimioheterótrofos.
En las profundidades de los océanos, las bacterias que oxidan el hierro obtienen sus necesidades energéticas al oxidar el hierro ferroso (Fe 2+ ) a hierro férrico (Fe 3+ ). El electrón conservado de esta reacción reduce la cadena respiratoria y, por lo tanto, puede usarse en la síntesis de ATP por transporte de electrones directo o NADH por transporte de electrones inverso , reemplazando o aumentando el fototrofismo tradicional .
Las bacterias oxidantes del manganeso también hacen uso de las rocas de lava ígnea de la misma manera; oxidando manganeso manganoso (Mn 2+ ) en manganeso mangánico (Mn 4+ ). El manganeso es más escaso que el hierro en la corteza oceánica, pero es mucho más fácil de extraer para las bacterias del vidrio ígneo. Además, cada oxidación de manganeso dona dos electrones a la célula frente a uno por cada oxidación de hierro, aunque la cantidad de ATP o NADH que se puede sintetizar junto con estas reacciones varía con el pH y la termodinámica específica de la reacción en términos de la cantidad de Gibbs . cambio de energía libre que hay durante las reacciones de oxidación versus el cambio de energía requerido para la formación de ATP oNADH , todos los cuales varían con la concentración, el pH, etc. Todavía se desconoce mucho sobre las bacterias oxidantes de manganeso porque no se han cultivado ni documentado en gran medida.