Quimiossíntese

Mestre em Ciências Biológicas (UFRJ, 2016)
Graduada em Biologia (UFRJ, 2013)

A maior parte da vida na Terra depende do processo de fotossíntese realizado pelos organismos produtores. Entretanto, há locais em que a falta de luz impossibilita a fotossíntese, como em regiões de grande profundidade oceânica ou no interior do solo. Nesse quadro, um processo semelhante, mas que não depende de luz, ganha espaço: a quimiossíntese.

Assim como a fotossíntese, a quimiossíntese é um processo autotrófico de conversão de moléculas de carbono, como dióxido de carbono (CO2) e metano (CH4), em matéria orgânica que será utilizada como alimento pelo organismo. Porém, no lugar da energia luminosa, as reações que compõem a quimiossíntese utilizam a energia liberada pela oxidação de determinadas moléculas inorgânicas. Essa fonte de energia vem de moléculas contendo elementos como enxofre (S), hidrogênio (H), nitrogênio (N), manganês (Mg) ou ferro (Fe). Os organismos quimiossintetizantes incluem bactérias e arqueobactérias que vivem em ambientes carentes de luz.

Uma das reações de quimiossíntese mais conhecidas vem de bactérias que utilizam sulfeto de hidrogênio (H2S) como uma fonte de energia, funcionando como base de diversas cadeias alimentares de áreas próximas a fontes termais submarinas. Essas bactérias existem como organismos vivos livres ou formam relações de simbiose com outros organismos dessa região. Um bom exemplo dessas relações é o caso dos poliquetas conhecidos como pogonóforos. Esses animais são anelídeos que formam tubos verticais próximos a fontes termais no fundo dos oceanos e se associam a bactérias quimiossintetizantes, que vivem em um órgão do sistema digestivo do poliqueta. Estas bactérias produzem glicose (C6H12O6) a partir da oxidação do sulfeto de hidrogênio liberado pelas fontes termais, proporcionando assim uma fonte de alimento tanto para si quanto para o hospedeiro pogonóforo. A equação geral do processo de quimiossíntese utilizando sulfeto de hidrogênio é a seguinte:

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

Pode-se observar que a reação acima é semelhante à reação que produz glicose através da fotossíntese, exceto o fato que a 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.

Além dessa, bactérias que vivem no solo no ambiente terrestre também são capazes de realizar quimiossíntese, sendo mais conhecidas as que utilizam compostos de nitrogênio como fonte de energia. Essas bactérias são chamadas de nitrobactérias e pertencem aos gêneros Nitrosomonas e Nitrobacter, sendo essenciais no ciclo do nitrogênio em nosso planeta.

As bactérias do gênero Nitrosomonas oxidam a amônia (NH3) presente no solo, transformando-o em íon nitrito (NO2) e liberando energia. Em seguida, essa energia é utilizada para a produção de glicose a partir de gás carbônico. Abaixo estão as equações gerais das reações de quimiossíntese realizadas pelas Nitrosomonas:

2 NH3  + 3 O2 = 2 NO2 + 2 H2O + 2H+ + Energia

6 CO2 + 6 H2O + Energia = C6H12O6 + 6 O2

As bactérias do gênero Nitrobacter, por sua vez, oxidam o íon nitrito (NO2) transformando-o em íon nitrato (NO3) em uma reação que também libera energia. Da mesma forma que as Nitrossomonas, as Nitrobacter utilizam essa energia para produzir moléculas orgânicas de glicose a partir do CO2, seguindo as seguintes reações:

2 NO2  + O2 = 2 NO3 + Energia 

6 CO2 + 6 H2O + Energia = C6H12O6 + 6 O2

Referências:

Amabis, J. M. & Martho, G. R. 2006. Fundamentos da Biologia Moderna: Volume único. 4ª Ed. Editora Moderna: São Paulo, 839 p.

Smith, C. 2012. Chemosynthesis in the deep-sea: life without the sun. Biogeosciences Discussions, 9: 17037-17052.

Sites:

http://oceanexplorer.noaa.gov/edu/curriculum/section6.pdf

http://oceanexplorer.noaa.gov/facts/photochemo.html

https://www.thoughtco.com/chemosynthesis-definition-and-examples-4122301

http://www.unioeste.br/cursos/cascavel/biotecnologia/aulas/2008/aula_bact_fixadora_N_2008.pdf

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