La quimiosíntesis

Todos los organismos vivos, desde los más pequeños que no podemos observar a simple vista, hasta los más grandes y especializados, incluyendo al hombre, necesitan obtener energía a partir de alguna fuente para poder realizar todas las funciones vitales. Algunos organismos la obtienen a partir de reacciones químicas; es decir, por quimiosíntesis.

Los animales herbívoros, como las cabras y las ovejas son organismos heterótrofos.

Existen dos tipos de seres vivos, clasificados según la manera en que obtienen la energía: por un lado, están los que son capaces de producir sus propios nutrientes y se denominan autótrofos; por el otro, los que no pueden producirlos por ellos mismos pero los adquieren consumiendo a otros organismos u otras sustancias, y que se conocen como heterótrofos.

Nutrición Autótrofa

La nutrición autótrofa es un proceso que es llevado a cabo por los organismos capaces de sintetizar todas las sustancias y nutrientes que necesitan para sus funciones y desarrollo a partir de otras sustancias, generalmente de origen inorgánico.

Algunos de los seres vivos más pequeños que se conocen, como las bacterias, obtienen la energía para realizar sus funciones mediante la quimiosíntesis.

Quizás el ejemplo más común o cotidiano que podemos encontrar de los organismos autótrofos son las plantas, ya que ellas producen sus propios nutrientes a partir de sustancias inorgánicas como lo son el dióxido de carbono, el agua y la luz solar.

Existen dos tipos de nutrición autótrofa: la fotosíntesis y la quimiosíntesis. La primera es llevada a cabo en dos partes (fase lumínica y fase no dependiente de la luz) por la mayoría de los autótrofos, como por ejemplo las plantas, las algas y una gran parte de las bacterias que se conocen. El proceso consiste en la conversión de la molécula de dióxido de carbono en sustancias orgánicas y de alto contenido energético, como lo son el ATP y el NADH, convirtiendo luego a estos intermediarios en el producto final que es la glucosa.

Los árboles, las plantas, las algas y algunas bacterias realizan el proceso de fotosíntesis para obtener sus nutrientes a partir de sustancias inorgánicas.

La Quimiosíntesis

La quimiosíntesis es el otro tipo de nutrición autótrofa que existe aparte de la fotosíntesis. Consiste en la obtención de materia orgánica a partir de sustancias inorgánicas, utilizando como fuente de energía la que se produce en algunas reacciones exotérmicas o exergónicas Redox; es decir, de oxidación y reducción. Los organismos se encargan de tomar ciertas sustancias que se encuentran reducidas en el medio donde se desenvuelven, para oxidarlas y así aprovechar la cantidad de energía que se desprende.

Importancia

El proceso de quimiosíntesis solo es llevado a cabo por algunos grupos de bacterias, pero posee un gran impacto a nivel biológico y de ecosistema, ya que se toman compuestos que se encuentran totalmente reducidos y que provienen de otras reacciones. De esta manera se reciclan los componentes y se devuelven al medio ambiente, reiniciando los principales ciclos de la materia.

Etapas

De manera equivalente a como ocurre en la fotosíntesis, en la quimiosíntesis también tenemos dos etapas esenciales. Podemos diferenciar dos fases: la primera, en la cual se adquiere energía por medio de las reacciones exotérmicas de sustratos inorgánicos reducidos, obteniéndose intermediarios energéticos; y la segunda, donde se aprovecha la energía obtenida en la primera reacción para producir materia orgánica (glucosa) mediante el ciclo de Calvin.

Primera etapa: Obtención de Energía

En la primera etapa, las bacterias quimiosintéticas toman los compuestos inorgánicos reducidos del medio en el cual se encuentran y en presencia de oxígeno son oxidados, efectuándose una reacción de tipo exotérmica, es decir, que libera energía. Se obtienen como intermediarios de la reacción Nicotinamida Adenina Dinucleótido (NADH) y Adenosín Trifosfato (ATP).

Segunda etapa: Fijación del Carbono

En la segunda etapa de la reacción, se parte de los productos energéticos obtenidos en la primera etapa para luego fijar el carbono del CO₂ mediante el ciclo de Calvin y obtener el producto final: la molécula de glucosa.

Características de los organismos quimiosintéticos

Los organismos que son capaces de llevar a cabo el proceso de quimiosíntesis poseen ciertas características en común, como por ejemplo:

• Son organismos unicelulares, procariotas y autótrofos, solo algunas bacterias son capaces de realizar este proceso.

• Viven a partir de sustancias inorgánicas, como el agua, el dióxido de carbono, hidrógeno, entre otras.

• Obtienen la energía para realizar sus funciones mediante reacciones químicas específicas como la quimiosíntesis del nitrógeno, el azufre o hierro.

• Son organismos aeróbicos, es decir; dependen del oxígeno para realizar las reacciones de oxidación.

• Llevan a cabo la síntesis de materia orgánica, la cual se obtiene luego del Ciclo de Calvin.

Las bacterias son los únicos organismos capaces de realizar el proceso de quimiosíntesis partiendo de sustancias inorgánicas.

Tipos de Quimiosíntesis

Podemos distinguir varios tipos de quimiosíntesis, basándonos en el tipo de compuesto que oxida la bacteria para obtener su energía:

Quimiosíntesis del Nitrógeno:

Es llevada a cabo por las bacterias nitrificantes que se encargan de oxidar el amonio a nitrito y éste a su vez a nitrato. Las reacciones son las siguientes:

2NH₄⁺ + 3O₂ 2NO₂^- + 4H⁺ + 2H₂O

2NO₂^- + O₂ 2NO₃^-

Quimiosíntesis del Azufre:

La realizan las bacterias de la especie Thiobacillus, las cuales son capaces de oxidar distintas formas reducidas del azufre para obtener los correspondientes sulfatos. Las reacciones de las sulfobacterias son las siguientes:

2H₂S + 4O₂ 2SO₄^-2 + 4H⁺

HS^- + O₂ + H⁺ SO + H₂O

Quimiosíntesis del Hierro:

Estas reacciones las realizan las llamadas ferrobacterias, quienes habitan en aguas con elevado contenido de óxido férrico. La reacción se indica a continuación:

4Fe²+ + 4H⁺ + O₂ 4Fe⁺³ + 2H₂O

Quimiosíntesis del Hidrógeno:

El hidrógeno molecular puede ser oxidado con la ayuda de enzimas hidrogenasas, a estas bacterias se les conoce como autótrofos facultativos y pueden fijar el carbono a partir de compuestos orgánicos. La reacción ocurre de la siguiente manera:

6H₂ + 2O₂ + CO₂ CH₂O + 5H₂O

Diferencias entre la Fotosíntesis y la Quimiosíntesis

La principal diferencia entre la fotosíntesis y la quimiosíntesis radica en la forma de obtención de energía. En la fotosíntesis la energía necesaria para reducir la molécula de dióxido de carbono en el ciclo de Calvin es proveniente de la luz solar, mientras que en la quimiosíntesis la energía para reducir dicha molécula se origina a partir de una reacción química, específicamente de una reacción exotérmica o exergónica, en la cual se oxidan compuestos inorgánicos inicialmente reducidos, como el amoniaco, el óxido ferroso, el hidrógeno, entre otros.

¿Por qué el metabolismo quimiosintético se considera evolucionado respecto a los demás?

Se estima que los primeros seres vivos fueron heterótrofos, en base a esto podemos alegar que la quimiosíntesis surgió como un mecanismo de adaptación por parte de algunas bacterias que estuvieron aisladas en algún sitio, en el cual las sustancias que la rodeaban eran de tipo inorgánicas, por tanto, adaptaron su nutrición y su fuente de obtención de energía.

Se considera además, que estas bacterias se encontraban aisladas en lugares a los cuales no llegaba la luz o ésta era insuficiente, y por ello no podían realizar el proceso de fotosíntesis. Por otra parte, la estructura fisiológica presenta la misma complejidad que otros tipos de bacterias, de modo que esto no ha sido un “atraso”.