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Los quimiótrofos son organismos que obtienen energía mediante la oxidación de donantes de electrones en sus entornos. [1] Estas moléculas pueden ser orgánicas ( quimioorganótrofas ) o inorgánicas ( quimioprótrofos ). La designación de quimiótrofos contrasta con los fotótrofos , que utilizan energía solar. Los quimiótrofos pueden ser autótrofos o heterótrofos . Los quimiótrofos 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.

Quimioautótrofo

Un respiradero de humo negro en el Océano Atlántico , que proporciona energía y nutrientes a los quimiotrofos.

Los quimioautótrofos (o autótrofos quimiotróficos) (en griego : quimio (χημεία) = químico, auto (εαυτός) = uno mismo, trofeo (τροφή) = nutrición), 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 entornos hostiles (como respiraderos de aguas profundas) y son los principales productores de 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 mediante la oxidación de sustancias inorgánicas en asociación con autotrofia -lo que sería nombrado hoy como chemolithoautotrophy. Posteriormente, el término incluiría también la quimioorganoautotrofia, es decir, puede verse como sinónimo de quimioautotrofia. [4] [5]

Quimioheterótrofo

Los quimioheterótrofos (o heterótrofos quimiotróficos) ( Gr : Chemo (χημία) = químico, hetero (ἕτερος) = (an) other, trph (τροφιά) = nutrición) son incapaces de fijar carbono para formar sus propios compuestos orgánicos. Los quimioheterótrofos pueden ser quimiolitoheterótrofos, utilizando fuentes de electrones inorgánicos como azufre, o quimioorganoheterótrofos, utilizando fuentes de electrones orgánicos 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 . Los halófilos son quimioheterótrofos. [10]

Bacterias oxidantes de hierro y manganeso

En los océanos profundos, las bacterias oxidantes del 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, se puede utilizar en la síntesis de ATP por transporte directo de electrones o NADH por transporte inverso de electrones , reemplazando o aumentando el fototrofismo tradicional .

  • En general, las bacterias oxidantes del hierro solo pueden existir en áreas con altas concentraciones de hierro ferroso, como nuevos lechos de lava o áreas de actividad hidrotermal. La mayor parte del océano carece de hierro ferroso, debido tanto al efecto oxidativo del oxígeno disuelto en el agua como a la tendencia de las bacterias a absorber el hierro.
  • Los lechos de lava suministran a las bacterias hierro ferroso directamente del manto de la Tierra, pero solo las rocas ígneas recién formadas tienen niveles suficientemente altos de hierro ferroso. Además, debido a que el oxígeno es necesario para la reacción, estas bacterias son mucho más comunes en la parte superior del océano, donde el oxígeno es más abundante.
  • Lo que todavía se desconoce es cómo exactamente las bacterias del hierro extraen el hierro de la roca. Se acepta que existe algún mecanismo que corroe la roca, quizás a través de enzimas especializadas o compuestos que traen más FeO a la superficie. Se ha debatido durante mucho tiempo sobre qué parte de la erosión de la roca se debe a componentes bióticos y cuánto se puede atribuir a los componentes abióticos .
  • Los respiraderos hidrotermales también liberan grandes cantidades de hierro disuelto en las profundidades del océano, lo que permite que las bacterias sobrevivan. Además, el alto gradiente térmico alrededor de los sistemas de ventilación significa que puede coexistir una amplia variedad de bacterias, cada una con su propio nicho de temperatura especializado.
  • Independientemente del método catalítico utilizado, las bacterias quimioautótrofas proporcionan una fuente de alimento importante, pero que con frecuencia se pasa por alto, para los ecosistemas de aguas profundas, que de otra manera reciben luz solar y nutrientes orgánicos limitados.

Las bacterias oxidantes del manganeso también utilizan las rocas de lava ígnea de la misma manera; oxidando el manganeso manganoso (Mn 2+ ) en manganeso mangánico (Mn 4+ ). El manganeso es más escaso que la corteza oceánica de hierro, pero es mucho más fácil de extraer para las bacterias del vidrio ígneo. Además, cada oxidación de manganeso dona dos electrones a la célula en lugar de 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 de reacción específica 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. Aún se desconoce mucho sobre las bacterias oxidantes del manganeso porque no se han cultivado ni documentado en gran medida.

Diagrama de flujo

Diagrama de flujo para determinar si una especie es autótrofa, heterótrofa o un subtipo
  • Autótrofo
    • Quimioautótrofo
    • Fotoautótrofo
  • Heterótrofo
    • Quimioheterótrofo
    • Fotoheterótrofo

Ver también

  • Quimiosíntesis
  • Litotrofo
  • Expedición del proyecto RISE que descubrió comunidades de respiraderos de alta temperatura

Notas

  1. ^ Chang, Kenneth (12 de septiembre de 2016). "Visiones de la vida en Marte en las profundidades de la Tierra" . The New York Times . Consultado el 12 de septiembre de 2016 .
  2. ^ Dobrinski, KP (2005). "El mecanismo de concentración de carbono de la ventilación hidrotermal Chemolithoautotroph Thiomicrospira crunogena" . Revista de bacteriología . 187 (16): 5761–5766. doi : 10.1128 / JB.187.16.5761-5766.2005 . PMC 1196061 . PMID 16077123 .  
  3. ^ Rich Boden, Kathleen M. Scott, J. Williams, S. Russel, K. Antonen, Alexander W. Rae, Lee P. Hutt (junio de 2017). "Una evaluación de Thiomicrospira , Hydrogenovibrio y Thioalkalimicrobium : reclasificación de cuatro especies de Thiomicrospira a cada Thiomicrorhabdus gen. Nov. E Hydrogenovibrio , y reclasificación de las cuatro especies de Thioalkalimicrobium a Thiomicrospira " . Revista Internacional de Microbiología Sistemática y Evolutiva . 67 (5): 1140-1151. doi : 10.1099 / ijsem.0.001855 .PMID  28581925 .CS1 maint: multiple names: authors list (link)
  4. ^ Kelly, DP; Wood, AP (2006). "Los procariotas quimiolitotróficos" . Los procariotas . Nueva York: Springer. págs. 441–456. doi : 10.1007 / 0-387-30742-7_15 . ISBN 978-0-387-25492-0.
  5. ^ Schlegel, HG (1975). "Mecanismos de quimio-autotrofia" (PDF) . En Kinne, O. (ed.). Ecología Marina . Vol. 2, Parte I. págs. 9–60. ISBN  0-471-48004-5. |volume= has extra text (help)
  6. ^ Davis, Mackenzie Leo; et al. (2004). Principios de ingeniería y ciencia ambiental . 清华大学 出版社. pag. 133. ISBN 978-7-302-09724-2.
  7. ^ Lengeler, Joseph W .; Drews, Gerhart; Schlegel, Hans Günter (1999). Biología de los procariotas . Georg Thieme Verlag. pag. 238. ISBN 978-3-13-108411-8.
  8. ^ Dworkin, Martin (2006). Los procariotas: ecofisiología y bioquímica (3ª ed.). Saltador. pag. 989. ISBN 978-0-387-25492-0.
  9. ^ Bergey, David Hendricks; Holt, John G. (1994). Manual de Bergey de bacteriología determinativa (9ª ed.). Lippincott Williams y Wilkins. pag. 427. ISBN 978-0-683-00603-2.
  10. ^ Schmidt-Rohr, K. (2020). "El oxígeno es el de alta energía Encendido molécula compleja multicelular Vida: Las correcciones fundamentales a la tradicional Bioenergética” ACS Omega 5 :. 2221-2233 http://dx.doi.org/10.1021/acsomega.9b03352

Referencias

1. Katrina Edwards. Microbiología de un estanque de sedimentos y el flanco de cresta subyacente, joven, frío e hidrológicamente activo . Institución Oceanográfica Woods Hole.

2. Vías de oxidación fotoquímica y enzimática acopladas de Mn (II) de una bacteria planctónica similar a la Roseobacter Colleen M. Hansel y Chris A. Francis * Departamento de Ciencias Geológicas y Ambientales, Universidad de Stanford, Stanford, California 94305-2115 Recibido el 28 de septiembre de 2005 / Aceptado el 17 de febrero de 2006