Quimiossíntese e fotossíntese bacteriana: resumo de biologia
Quimiossíntese e fotossíntese bacteriana
Aprenda mais sobre a quimiossíntese e a fotossíntese bacteriana. No fim da aula tem exercícios para você treinar Biologia para o Enem e para os vestibulares!
Existem outros seres vivos que são capazes de "produzirem seu próprio alimento" além das plantas. As cianobactérias, por exemplo, também realizam fotossíntese, assim como as algas. Mas, além da fotossíntese, que conhecemos bem, há outros modos de vida autotróficos menos conhecidos. As bactérias, por exemplo, podem fazer o processo de quimiossíntese e a fotossíntese bacteriana, que não produz oxigênio.
Conheça esses processos metabólicos nesta aula de Biologia para mandar bem no Enem.
Existem alguns tipos de bactérias que são capazes de "produzirem seu próprio alimento" sem a utilização de energia luminosa. Essas bactérias realizam um processo que chamamos de quimiossíntese.
Nesse processo, os microrganismos irão extrair energia de sais minerais e outros compostos inorgânicos, presentes no solo ou na água, através da oxidação dessas substâncias. Em seguida, esses seres irão aproveitar essa energia para sintetizar açúcares.
A partir desses açúcares iniciais, poderá ocorrer a produção de outras substâncias orgânicas necessárias para o seu desenvolvimento desses seres vivos.
Primeira Etapa da Quimiossíntese
Nessa primeira etapa ocorrerá a quebra de moléculas inorgânicas, como o enxofre, amônia e sais de ferro. Quando essas substâncias são quebradas, há a liberação de íons e elétrons. Este processo irá provocar a produção de ATP (ADP é fosforilado formando ATP) e também de NADPH (redução de NAP+ em NADPH). Estes subprodutos serão importantes na segunda fase da quimiossíntese.
Segunda Etapa da Quimiossíntese
Nesta etapa ocorrerá a fixação do gás carbônico em moléculas orgânicas. Para isso, serão utilizados os elétrons e íons obtidos na primeira etapa, assim como as moléculas de ATP. A energia obtida será utilizada para juntar o carbono presente no CO2, formando cadeias carbônicas.
Podemos resumir esse processo da seguinte maneira:
Imagem 1: Nesta imagem vemos um resumo da quimiossíntese. Em branco sobre um fundo preto, vemos uma esquematização do processo.
Na primeira parte uma seta indica que sustâncias inorgânicas são oxidadas formando subprodutos e liberando energia. Em seguida, essa energia é utilizada para produzir substâncias orgânicas a partir de água e gás carbônico. No canto da montagem há uma placa de Petri com bactérias se desenvolvendo sobre um meio de cultura.
Quem realiza quimiossíntese?
A quimiossíntese pode estar relacionada à uma série de fenômenos naturais. No solo, por exemplo, encontramos bactérias relacionadas à decomposição que oxidam a amônia durante a quimiossíntese.
Há também outras bactérias do solo que participam do ciclo do nitrogênio. Esses microrganismos transformam nitrito em nitrato, um sal nitrogenado que as plantas conseguem absorver e é utilizado na síntese de proteínas.
Há ainda bactérias chamadas de extremófilas (pois vivem em condições extremas como a boca de fontes termais) que fazem quimiossíntese. Essas bactérias são capazes de produzir matéria orgânica através da quebra de compostos sulfurosos durante seu processo autotrófico.
Imagem 2: Fotomicrografia de bactérias extremófilas que vivem nas fontes termais do Parque de Yellowstone, nos Estados Unidos.
Estas bactérias autótrofas vivem em águas cuja temperatura atinge mais de 74ºC e realizam quimiossíntese pegando energia a partir da oxidação do ferro. Créditos da imagem: Look At Science / Universal Images Group
Imagem 3: Fotografia de um gêiser dos Gêiseres del Taito, no Deserto do Atacama. Na imagem podemos ver uma espécie de cratera onde está o gêiser.
Nas bordas dessa cratera há manchas alaranjadas. Essas manchas são compostas por colônias de bactérias extremófilas conhecidas como sulfobactérias. Essas bactérias quebram compostos sulfurosos durante a quimiossíntese para obterem energia.
Sempre que você pensa em fotossíntese, muito provavelmente você se lembra que o oxigênio é um dos produtos formados durante esse processo. É através da fotossíntese realizada por plantas, algas e cianobactérias, que o oxigênio completa seu ciclo, voltando para a atmosfera. Nós, como os demais seres aeróbios, somos totalmente dependentes da fotossíntese dos seres autotróficos para a produção do oxigênio.
Porém, algumas espécies de bactérias autotróficas realizam um tipo de processo fotossintético um pouco diferente. Ao contrário do que vemos nos vegetais, essas bactérias não produzem oxigênio ao fim da fotossíntese.
Durante a fotossíntese, estas bactérias não utilizam água, mas sim o gás sulfídrico, presente no ambiente no qual essas bactérias se encontram. Sendo assim, quando esse gás é quebrado para a obtenção de íons e elétrons, não há a liberação de oxigênio, mas sim de enxofre. Esse processo ocorre durante a fase clara da fotossíntese bacteriana. Sendo assim, ocorre a fotólise do gás sulfídrico.
As bactérias que realizam este tipo de fotossíntese possuem um tipo especial de clorofila chamada de bacterioclorofila. A bacterioclorofila possui uma composição bem diferente da composição da clorofila vegetal. Porém, também é um pigmento verde.
Veja na imagem abaixo a equação que resume a fotossíntese bacteriana:
Imagem 4: O fundo da imagem é composto por uma micrografia obtida por microscópio eletrônico de varredura.Nela vemos bactérias laranjas com formatos de bacilos sobre filamentos verdes. Sobre o fundo, temos a equação da fotossíntese bacteriana: 6 CO2 (gás carbônico) + 12 H2S (gás sulfídrico) + luz à C6H12O6 (glicose) + 6 H2O (água) + 12 S (enxofre).
A fotossíntese bacteriana é realizada por algumas bactérias extremófilas, como as bactérias verdes sulfurosas e as bactérias púrpuras.
Imagem 5: Fotomicrografia obtida a partir de microscópio eletrônico de varredura e colorida artificialmente.Nela podemos ver a bactéria verde sulfurosa Chlorobium tepidum, aqui colorida artificialmente de laranja. Esta bactéria realiza fotossíntese e é uma bactéria termófila.
Para finalizar sua revisão, veja esta aula do professor Gui, do canal "Biologia Prof. Guilherme:
Teste seus conhecimentos com os exercícios que selecionei para você:
Em uma aula de Biologia em que o tema era bioenergética, foram feitas, por um aluno, algumas afirmações a respeito desse assunto, conforme os itens apresentados.
I. O metabolismo é uma condição inata dos seres vivos.
II. Durante a fotossíntese, a fixação do gás carbônico prescinde da ação de enzimas.
III. A glicose é formada tanto na fotossíntese quanto na quimiossíntese.
IV. Todos os vegetais e bactérias são autótrofos.
A partir da análise dessas, conclui-se que são verdadeiras as afirmativas.
O gás oxigênio, o gás carbônico e a água possuem funções importantes nos ciclos biogeoquímicos. Eles são também
os produtos da nitrificação.
reagentes no processo da fotossíntese.
produtos da queima de combustíveis.
indispensáveis para a quimiossíntese.
as três principais fontes de átomos de oxigênio para os seres vivos.
As bactérias empregaram o oxigênio reativo para aprimorar os processos celulares de transformação de energia, no que talvez constitua o maior exemplo de reciclagem de todos os tempos, cumprindo as seguintes etapas: oxidando o material que produziam, ao aprisionarem a energia da luz, as bactérias fotossintéticas roxas aumentaram sua capacidade de metabolizar ATP, o composto de armazenagem de energia usado por todas as células de todos os seres vivos. Decompondo as moléculas orgânicas e produzindo dióxido de carbono e água, as bactérias desviaram a combustão natural do oxigênio para seus próprios fins. Os organismos fermentadores foram atacados por bactérias, que usavam oxigênio e se multiplicaram em seu interior. É provável que os invasores – linhagem roxa – tenham sido as protomitocôndrias, que, alimentadas e protegidas num meio ambiente vivo, poderiam sair-se melhor, não destruindo seus hospedeiros, intolerantes ao oxigênio.
Fonte: MARGULIS, L.; SAGAN, D. O que é vida. Rio de Janeiro: Jorge Zahar Ed. 2002. (Adaptado).
Os quatro processos celulares de transformação de energia nos seres vivos envolvem a luz do sol. São divididos em dois grupos: os de incorporação de energia, a exemplo da respiração e fermentação, e os de liberação de energia, tais como fotossíntese e quimiossíntese.
Em média, duas moléculas de ATP são produzidas pela respiração de uma molécula de glicose, enquanto essa mesma quantidade de glicose, com a evolução da fermentação, passou a gerar até 36 moléculas de ATP.
Admitir uma hipótese heterotrófica para explicar a origem dos seres vivos implica a aceitação da ocorrência de reações químicas muito mais complexas, pois o metabolismo dependia da presença de oxigênio, com rendimento energético menor e, consequentemente, menor descendência.
Por causa de mutações no material genético de seres heterótrofos, surgiram células autótrofas com a capacidade de produzir o seu próprio alimento a partir do uso de gás carbônico e de água do ambiente, utilizando a luz solar como fonte de energia para a síntese de matéria orgânica.
Atualmente, apesar de as mitocôndrias possuírem o seu próprio DNA linear e continuarem a se reproduzir como bactérias, o parasitismo se tornou permanente. Assim, ela não pode sobreviver sozinha, embora sua hospedeira o faça.
Durante o processo de quimiossíntese, alguns micro-organismos, que têm seu habitat no solo, através de reações químicas de oxidação, a partir de substâncias inorgânicas, geram energia que é utilizada na formação de compostos orgânicos. Dentre estes micro-organismos, os principais exemplos são as bactérias conhecidas como nitrobactérias ou bactérias nitrificantes, as quais têm grande importância ecológica, pois atuam no ciclo do nitrogênio.
(LIMHARES, S. & GEWANDSZNAJDER, F., 2005).
Considerando a figura , a explicação correta para a sequência de etapas A-B-C é que:
As bactérias do gênero Nitrobacter transformam o gás amônia (NH4+) em nitrito (NO3–) que, posteriormente, é transformado em nitrato (NO2–) por bactérias do gênero Nitrosomonas.
As plantas (organismos produtores) utilizam o processo de fotossíntese para a transformação de anidrido carbônico (CO) em oxigênio (O2) e de gás amônia (NH4+) em nitrato (NO3–).
O gás amônia (NH3), molécula plana que apresenta caráter ácido, é transformado em nitrato (NO2–) por bactérias do gênero Rhizobium, que, posteriormente, é transformado em nitrito (NO3–) por bactérias do gênero Nitrobacter
Na transformação do ânion nitrito (NO2–) em nitrato (NO3–), o número de oxidação do nitrogênio não varia, sendo que essa transformação é realizada por micro-organismos dos gêneros Nitrosomonas e Rhizobium.
As bactérias do gênero Nitrosomonas transformam o cátion amônio (NH4+) em nitrito (NO2–) que, posteriormente, é transformado em nitrato (NO3–) por bactérias do gênero Nitrobacter.
Bactérias Rhizobium e Azotobacter são capazes de fixar o N2 no solo. Este processo ocorre através do seguinte metabolismo:
(ESCS DF/2012)
Nos pontos de encontro entre duas ou mais placas tectônicas localizadas em regiões oceânicas profundas, podem existir as chamadas fontes hidrotermais. Nessas fontes, água rica em enxofre jorra a temperaturas que podem alcançar desde 60ºC até 450ºC. Embora não haja chegada de luz solar, ecossistemas bastante diversificados têm sido descritos no entorno dessas fontes. Sobre esses ecossistemas é correto afirmar que:
os produtores das fontes hidrotermais utilizam a quimiossíntese para a produção de ATP e parte da matéria orgânica provém da decomposição de organismos pelágicos;
os produtores da região fótica realizam fotossíntese na superfície e se dirigem maciçamente às regiões profundas durante a noite, sendo consumidos pelos predadores existentes nas fontes;
os produtores da região fótica realizam fotossíntese na superfície e se dirigem maciçamente às regiões profundas durante o dia, sendo consumidos pelos predadores existentes nas fontes;
não existem produtores; matéria orgânica e energia são continuamente recicladas entre os consumidores e decompositores existentes;
os produtores das fontes hidrotermais utilizam o calor como fonte de energia para a produção de ATP.
Pode-se afirmar corretamente, que o tipo de organismo procarionte que obtém energia por quimiossíntese a partir da energia geotérmica emanada nas profundezas oceânicas, onde a luz do sol não penetra é um(a)
arqueobactéria.
eubactéria.
As Blood Falls não receberam esse nome à toa. Elas emergem da geleira Taylor, na Antártica, e desembocam no lago congelado Booney. A coloração avermelhada é resultado de ferro na água (na forma de íons férricos), que oxida em contato com a atmosfera. Quanto à origem das cataratas, trata-se de um reservatório subterrâneo de água do mar, preso debaixo do gelo quando um fiorde ficou isolado entre 1,5 e 2 milhões de anos atrás. Esse reservatório tem algumas características peculiares, como salinidade altíssima, sulfato abundante e falta de oxigênio. Apesar de tudo isso, a água contém vida microbiana. Os micróbios provavelmente utilizam o sulfato e íons férricos para metabolizar a pouca matéria orgânica que existe no seu mundo frio e escuro. Essas cataratas se localizam na região dos McMurdoDryValleys, uma área de deserto frio, cercada por montanhas e atingidas por ventos "katabatic", formados pela descida de ar denso e frio. Estes ventos atingem até 320 km/h e evaporam toda a água, neve e gelo em seu caminho.
Considerando as características do reservatório, a produção primária nesse ambiente é realizada pelo processo de
respiração anaeróbia.
Em 1977, cientistas a bordo do submarino de pesquisa Alvin foram os primeiros a identificar, no oceano Pacífico, comunidades abissais vivendo em profundidades superiores a 2,5 km, formadas por grande número de seres, alguns, inclusive, de grande porte. Essas comunidades se desenvolvem em torno de fontes termais submersas, constituídas por fendas do crosta terrestre que liberam gases, onde a água do mar penetra e é aquecida.
quimiossíntese de bactérias autotróficas
síntese abiótíca com uso de energia térmica
(UNIFICADO RJ/1995)
O esquema abaixo representa um tipo de processo energético utilizado por alguns seres vivos na natureza.