Definição e exemplos de quimiossíntese

A quimiossíntese é a conversão de compostos de carbono e outras moléculas em compostos orgânicos. Nesta reação bioquímica, o metano ou um composto inorgânico, como sulfeto de hidrogênio ou gás hidrogênio, é oxidado agir como fonte de energia. Por outro lado, a fonte de energia para fotossíntese (o conjunto de reações através das quais o dióxido de carbono e a água são convertidos em glicose e oxigênio) utiliza energia da luz solar para alimentar o processo.

A ideia de que os microrganismos poderiam viver com compostos inorgânicos foi proposta por Sergei Nikolaevich Vinogradnsii (Winogradsky) em 1890, com base em pesquisas realizadas com bactérias que pareciam viver de nitrogênio, ferro ou enxofre. A hipótese foi validada em 1977, quando o Alvin submersível em águas profundas observou vermes tubulares e outras formas de vida ao redor. fontes hidrotermais na fenda de Galápagos. A estudante de Harvard Colleen Cavanaugh propôs e mais tarde confirmou que os vermes tubulares sobreviveram por causa de seu relacionamento com bactérias quimiossintéticas. A descoberta oficial da quimiossíntese é creditada a Cavanaugh.

Organismos que obtêm energia por oxidação de doadores de elétrons são chamados quimiotróficos. Se as moléculas são orgânicas, os organismos são chamados quimioorganotróficos. Se as moléculas são inorgânicas, os organismos são termos quimiolitotróficos. Por outro lado, organismos que usam energia solar são chamados fototróficos.

Os quimioutotróficos obtêm sua energia a partir de reações químicas e sintetizam compostos orgânicos a partir do dióxido de carbono. A fonte de energia para a quimiossíntese pode ser enxofre elementar, sulfeto de hidrogênio, hidrogênio molecular, amônia, manganês ou ferro. Exemplos de quimioautotróficos incluem bactérias e arquéias metanogênicas que vivem em respiradouros do fundo do mar. A palavra "quimiossíntese" foi originalmente cunhada por Wilhelm Pfeffer em 1897 para descrever a produção de energia pela oxidação de moléculas inorgânicas por autotróficos (quimiolitoautotrofia). Sob a definição moderna, a quimiossíntese também descreve a produção de energia via quimioorganoautotrofia.

Os quimio-heterotróficos não conseguem fixar o carbono para formar compostos orgânicos. Em vez disso, eles podem usar fontes de energia inorgânicas, como enxofre (quimiolitoheterotróficos) ou fontes de energia orgânica, como proteínas, carboidratos e lipídios (quimioorganoheterotróficos).

A quimiossíntese foi detectada em fontes hidrotermais, cavernas isoladas, clatratos de metano, quedas de baleias e infiltrações frias. Foi levantado a hipótese de que o processo pode permitir vida abaixo da superfície da lua de Marte e da lua de Júpiter, Europa. bem como em outros lugares do sistema solar. A quimiossíntese pode ocorrer na presença de oxigênio, mas não é necessária.

Além de bactérias e arquéias, alguns organismos maiores dependem da quimiossíntese. Um bom exemplo é o verme tubular gigante, encontrado em grande número em torno de fontes hidrotermais profundas. Cada verme abriga bactérias quimossintéticas em um órgão chamado trifossoma. As bactérias oxidam o enxofre do ambiente do verme para produzir o alimento que o animal precisa. Usando sulfeto de hidrogênio como fonte de energia, a reação para a quimiossíntese é:

12 H₂S + 6 CO₂ → C₆H₁₂O₆ + 6 H₂O + 12 S

É muito parecido com a reação de produzir carboidratos via fotossíntese, exceto fotossíntese libera gás oxigênio, enquanto a quimiossíntese produz enxofre sólido. Os grânulos de enxofre amarelo são visíveis no citoplasma de bactérias que realizam a reação.

Outro exemplo de quimiossíntese foi descoberto em 2013, quando foram encontradas bactérias que vivem no basalto abaixo dos sedimentos do fundo do oceano. Essas bactérias não foram associadas a uma abertura hidrotérmica. Foi sugerido que as bactérias usam hidrogênio a partir da redução de minerais na água do mar que banha a rocha. As bactérias podem reagir hidrogênio e dióxido de carbono para produzir metano.

Embora o termo "quimiossíntese" seja mais frequentemente aplicado a sistemas biológicos, ele pode ser usado de maneira mais geral para descrever qualquer forma de síntese química provocada por movimento térmico aleatório de reagentes. Por outro lado, a manipulação mecânica de moléculas para controlar sua reação é chamada de "mecanossíntese". Tanto a quimiossíntese quanto a mecanossíntese têm o potencial de construir compostos complexos, incluindo novas moléculas e moléculas orgânicas.

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