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2.24: Quimiosíntesis - Biología

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¿Es posible vivir en temperaturas superiores a 175 ° F?

Lo es si eres un gusano de Pompeya. El gusano de Pompeya, el animal más tolerante al calor en la Tierra, vive en las profundidades del océano en respiraderos hidrotermales sobrecalentados. Cubriendo la espalda de este gusano de aguas profundas hay un vellón de bacterias. Estos microbios contienen todos los genes necesarios para la vida en ambientes extremos.

Quimiosíntesis

¿Por qué las bacterias que viven muy por debajo de la superficie del océano dependen de compuestos químicos en lugar de la luz solar para obtener energía para producir alimentos?

La mayoría de los autótrofos producen alimentos mediante la fotosíntesis, pero esta no es la única forma en que los autótrofos producen alimentos. Algunas bacterias producen alimentos mediante otro proceso, que utiliza energía química en lugar de energía luminosa. Este proceso se llama quimiosíntesis. En la quimiosíntesis, una o más moléculas de carbono (generalmente dióxido de carbono o metano, CH4) y los nutrientes se convierten en materia orgánica mediante la oxidación de moléculas inorgánicas (como gas hidrógeno, sulfuro de hidrógeno (H2S) o amoniaco (NH3)) o metano como fuente de energía, en lugar de la luz solar. En la quimiosíntesis de sulfuro de hidrógeno, en presencia de dióxido de carbono y oxígeno, los carbohidratos (CH2O) se puede producir:

CO2 + O2 + 4H2S → CH2O + 4S + 3H2O

Muchos organismos que utilizan la quimiosíntesis son extremófilos, viviendo en condiciones duras, como en ausencia de luz solar y una amplia gama de temperaturas del agua, algunas acercándose al punto de ebullición. Algunas bacterias quimiosintéticas viven alrededor de respiraderos de aguas profundas conocidos como "fumadores negros". Las bacterias utilizan compuestos como el sulfuro de hidrógeno, que fluyen por los conductos de ventilación del interior de la Tierra, como energía para producir alimentos. Los consumidores que dependen de estas bacterias para producir alimentos incluyen gusanos tubulares gigantes, como los que se muestran en Figura debajo. Estos organismos se conocen como quimioautótrofos. Muchos microorganismos quimiosintéticos son consumidos por otros organismos en el océano, y las asociaciones simbióticas entre estos organismos y los heterótrofos que respiran son bastante comunes.

Los gusanos tubulares en las profundidades del Rift de Galápagos obtienen su energía de bacterias quimiosintéticas. Los gusanos de tubo no tienen boca, ojos ni estómago. Su supervivencia depende de una relación simbiótica con los miles de millones de bacterias que viven en su interior. Estas bacterias convierten los productos químicos que salen disparados de los respiraderos hidrotermales en alimento para el gusano.

Resumen

  • La quimiosíntesis es un proceso en el que algunos organismos utilizan energía química en lugar de energía luminosa para producir "alimento".

Revisar

  1. ¿Qué es la quimiosíntesis?
  2. ¿Por qué las bacterias que viven en las profundidades de la superficie del océano dependen de compuestos químicos en lugar de la luz solar para obtener energía para producir alimentos?
  3. Describe los hábitats de los extremófilos.

Quimiosíntesis

Descarga el video de iTunes U o del Archivo de Internet.

Así que hoy vamos a continuar donde lo dejamos la última vez hablando más específicamente sobre variaciones sobre el tema de la vida.

Y el año pasado intenté hacer esta conferencia usando PowerPoint y fue un desastre total, así que volveré a la pizarra. Tendrás las diapositivas de PowerPoint. Estarán en la Web para descargar y resumir básicamente lo que estoy dibujando en la pizarra.

Pero será ligeramente diferente en el tablero. Pero descubrí que para este material realmente no funciona usar exclusivamente PowerPoint.

Así que la última vez que hablamos, recuerden, mi vida en la tierra resumió dónde - - ¿tuvimos fotosíntesis que producían glucosa o carbono orgánico más oxígeno? Y luego lo contrario de esto fue la respiración.

Y luego tuvimos elementos en bicicleta en el medio. Y dije que esto es muy, muy abreviado de cómo funciona toda la vida en la tierra. Así que hoy lo que voy a hacer es decirte que eso no está bien. Eso es tremendamente simplificado.

Y hay algunas variaciones realmente interesantes sobre el tema de cómo extraer energía y carbono y cómo reducir la energía y los electrones del sistema terrestre para crear vida.

Y son principalmente los microbios los que tienen estas diversas posibilidades.

Y, de nuevo, incluso de lo que les voy a hablar hoy está muy simplificado. Si consulta un libro de texto de microbiología, encontrará casi todas las combinaciones posibles de fuentes de energía, fuentes de carbono y fuentes de electrones en algunos microorganismos en algún lugar para sobrevivir. Así que les doy, de nuevo, la versión simplificada porque de lo contrario se vuelve demasiado complicado. Entonces, toda la vida necesita carbono y energía, y muchos otros elementos también, pero estos son el eje principal sobre el que vamos a ordenar nuestro universo hoy.

Entonces, para el carbono, las opciones son inorgánicas u orgánicas.

Entonces esto sería CO2 y esto podría ser glucosa o azúcares, cualquier azúcar. Y luego, en el eje de la energía, pueden usar energía solar, como en la fotosíntesis, o pueden usar energía química.

Y dentro de las fuentes de energía química pueden ser inorgánicas u orgánicas como azúcares, etc. Y a menudo aquí tienes compuestos reducidos como sulfuro de hidrógeno, amoniaco, y hablaremos de estos.

Así que estas son las formas en que dividimos las posibilidades de que las fuentes de energía y de carbono estén vivas. Todos los organismos también necesitan tener una moneda de energía en la célula. Y ya has hablado mucho de esto en las conferencias de bioquímica, así que, de nuevo, solo te estoy dando la visión impresionista de esto. Conoces los detalles.

Esto es solo para organizarte. Y entonces toda la vida usa reacciones redox. Y en sus folletos de hoy hay un manual sobre reacciones redox en caso de que quiera revisarlo.

Y una de las reacciones clave de las que hablaremos hoy es la conversión de NADP. Si pones energía, puedes reducirla a NADPH.

Entonces eso es una reducción. Y al revés, obtienes energía cuando se oxida. Ahora, vamos a hablar hoy sobre oxidación y reducción. Y luego todos usan ATP, del que has hablado mucho aquí. Y la pareja aquí es ADP. Pon energía.

Produce ATP, que es un intermedio de alta energía. Y al convertirlo de nuevo en ADP, esa energía se puede liberar. Y esto se usa en la bioquímica de la célula. Entonces, todas las células tienen estos dos procesos de conversión de energía en común. Bien, veamos simplemente resumir lo que vamos a repasar hoy. Este es un resumen de opciones de por vida. Véase también Freeman, Capítulo 25. Hay algo de discusión sobre esto.

Y podemos dividir la vida aquí entre lo que llamamos autótrofos.

Estos son organismos que pueden producir su propio carbono orgánico.

En otras palabras, pueden convertir el dióxido de carbono en carbono orgánico.

Los heterótrofos son organismos que solo pueden utilizar carbono orgánico.

Dependen de las entrañas de otros organismos para sobrevivir. Y ahora vamos a pasar sistemáticamente por estos procesos que caen bajo cada uno de ellos. La fotosíntesis oxigénica es de la que estuvimos hablando la última vez y en mi versión abreviada de la vida en la tierra.

Y esto lo llevan a cabo organismos eucariotas, plantas, árboles, etc., y también organismos procariotas.

Esas son las cianobacterias, plantas fotosintéticas microscópicas.

Utilizan CO2 y luz solar. Entonces, nuestra primera variante sobre este tema que abordaremos es un grupo de bacterias que realizan la fotosíntesis anoxigénica. Oxígeno significa que desarrollan oxígeno.

Estos tipos usan energía solar pero no generan oxígeno.

Y veremos cómo funciona. Y luego hay un grupo de organismos que todavía usan CO2. Y en una vía muy similar, el ciclo de Calvin es la fotosíntesis. Pero utilizan energía química para producir estos intermedios para fijar el CO2. Bien, hablemos de esos primero. Y entonces vamos a hablar de los autótrofos.

Y todos comparten esta vía, de CO2 a C6H12. Esta sería glucosa.

Y se necesita ATP para ejecutar esta reacción y también se necesita NADPH reducido - - para ejecutar esta reacción. También se necesita esta enzima ribisco de la que has hablado, estoy seguro, ribulosa bisfosfato carboxilasa.

Y esta es la enzima que inicialmente toma el CO2 de la atmósfera y lo une a un carbono orgánico.

Ahora, en una versión detallada de esto es lo que se llama el ciclo de Calvin o el ciclo de Calvin / Benson. No sé cuál lo llama tu libro. Calvin obtuvo el Premio Nobel, pero Benson fue el estudiante de posgrado que hizo todo el trabajo, así que debes reconocerlo.

De todos modos, estudiaste mucho esto. Pero un dato interesante es que la ribisco es la proteína más abundante en la tierra.

Eso te dice lo importante que es esta reacción para mantener la vida en la tierra. Así que observe que para impulsar esta reacción, que es el ciclo de Calvin, se requiere energía y poder reductor. Entonces, ¿de dónde lo consiguen?

Bueno, hay tres formas en que los autótrofos pueden obtener energía y reducir el poder para impulsar esta reacción. Y el primero es la fotosíntesis oxigenada. Y el segundo es anoxigénico. Y el tercero es la quimiosíntesis.

Bien, esos tres primeros allí. Así que ahora repasaremos cada uno de estos y veremos cómo funcionan recordando que todos ellos están generando ATP y NADPH para poder impulsar eso. Entonces, todos los autótrofos tienen eso en común. Bueno, la fotosíntesis oxigénica es la que ya conoces bien. Lo ha estudiado con gran detalle en bioquímica. Entonces, nuevamente, le daremos la versión abreviada aquí solo para que tenga una plantilla para mapear estos otros.

Se trata de lo que se conoce como reacciones lumínicas de la fotosíntesis, el esquema Z que toma energía solar, divide el agua, genera oxígeno y sintetiza ATP y NADPH. Todo esto es familiar, ¿verdad? Muy familiar. Solo lo estoy escribiendo en una versión de dibujos animados. Bien, este es el NADPH y el ADP que alimenta ese proceso.

Bien, ahora, bueno, al menos puedo hacerlo en ese tablero.

Déjame hacerlo en este tablero. Anoxigenico - - es casi exactamente como este proceso, pero en lugar de dividir el agua, estos tipos oxidan el sulfuro de hidrógeno. Así que aquí está nuestro ATP y NADPH.

Y usan la luz del sol para hacer esto.

Por eso se llaman bacterias fotosintéticas. Y existieron muy temprano en la tierra. Mucho antes de que la atmósfera de la tierra se oxigenara, estos eran los tipos que podían usar la energía solar y producir carbono orgánico, pero sin generar oxígeno.

Luego, en algún lugar a lo largo de la línea, alguna célula evolucionó, tuvo algunas mutaciones y de alguna manera descubrió que el agua, esta abundante fuente de agua, era un donante de electrones mucho mejor que el sulfuro de hidrógeno.

Y una vez que la bioquímica descubrió esto, puede ver la simple sustitución aquí, toda la tierra comenzó a ir en una dirección diferente. Así que este es un ejemplo interesante de cómo una pequeña innovación bioquímica puede cambiar drásticamente toda la naturaleza del planeta. Ahora, estos tipos todavía están por la tierra. De hecho, les voy a mostrar algunos.

Explicaré esto al final, pero tengo algunos capturados aquí.

¿Ves esa pequeña banda morada? Esos son esos tipos.

Tengo otros pequeños trucos aquí, pero los guardaré.

Bueno, realmente no puedes ver la banda púrpura. Pero puedes subir más tarde y mirarlo. Esas son bacterias fotosintéticas.

Así que todavía están en la tierra, pero están atrapados en lugares donde no hay oxígeno. Así que ahora tienen un nicho bastante restringido en el planeta, pero siguen siendo extremadamente importantes. Que hice Oh aqui está.

Entonces, uno de los lugares donde se pueden encontrar, y si está interesado en ellos, un excelente lugar para ir a buscar es en Mystic Lakes en Arlington, que es un lago estratificado permanentemente, por lo que el fondo del lago siempre es anaeróbico. Allí nunca hay oxígeno.

En un lago típico como ese hay mucho lodo en el fondo y sale mucho sulfuro de hidrógeno del lodo de los procesos bacterianos de los que hablaremos. Y tienes luz aquí.

Y aquí tienes un gradiente de oxígeno y este es H2S.

Y estas bacterias fotosintéticas tienen que vivir en algún lugar donde haya suficiente luz para realizar la fotosíntesis y suficiente sulfuro de hidrógeno para usar en esta parte de la reacción. Pero son muy sensibles al oxígeno, por lo que no pueden estar en la parte oxigenada del lago.

Entonces los encuentras en una capa. Se llama apretón. Tienen que tener luz, por lo que tienen que estar arriba, pero no pueden tener oxígeno, por lo que tienen que estar abajo. Y necesitan sulfuro de hidrógeno, por lo que tienen que bajar. Entonces están en capas en lagos.

está bien. Entonces, ¿qué pasa con estos chicos, la quimiosíntesis?

No dependen de la energía solar. Nuevamente, todavía están impulsando el ciclo de Calvin reduciendo el CO2 del aire en carbono orgánico, pero no están usando la luz solar. Entonces, ¿qué hacen? Obtienen su energía - - de reacciones redox. Y solo te mostraremos un ejemplo.

Las reacciones redox se acoplan a la conversión de oxígeno en H2O. Entonces el oxígeno está involucrado en estas reacciones. Y un organismo, por ejemplo, puede tomar amoníaco y convertirlo en nitrito. Otro tipo de organismo puede tomar nitrito y convertirlo en nitrato. Y hay otros organismos que pueden tomar sulfuro de hidrógeno y convertirlo en sulfato.

Y algunos pueden tomar sulfuro de hidrógeno, oh, no, tomar hierro, hierro ferroso, Fe2 + y convertirlo en Fe3 +. Entonces, en todos estos casos, ¿qué les sucede a estos compuestos? ¿Se están oxidando o reduciendo?

Escuché un oxidado. Sí, se están oxidando.

Por tanto, estos compuestos reducidos, compuestos relativamente reducidos, se pueden utilizar oxidándolos. El organismo puede liberar la energía necesaria. El ATP se genera aquí.

Y NADPH es generado por cualquiera de estas parejas redox. Entonces, usando esta energía, la célula toma el NADPH reducido y el ATP y ejecuta el Ciclo de Calvin, la quimiosíntesis. está bien. Ahora, puede pensar que se trata de bacterias extrañas, raras que viven en lugares extraños de la tierra donde no hay oxígeno. ¿Y a quién le importa de todos modos? Están desactualizados.

Dominaron la tierra en las primeras etapas de la tierra, pero ahora no son tan importantes. Bueno, eso no es cierto. Son increíblemente importantes. En algunos ecosistemas, son la base total de todo el ecosistema. Pero también a escala global, como aprenderá, debería tener una idea de esto al final de esta conferencia, pero también cuando hablemos de ciclos biogeoquímicos globales, aprenderá que estos microbios son realmente mensajeros de electrones en el medio ambiente. . Sin ellos, el equilibrio redox de la tierra no se mantendría, ¿de acuerdo? No puede tener nada más que reacciones oxidantes o nada más que reacciones de reducción y hacer que un sistema se sostenga por sí mismo. Entonces, son estos microbios los que juegan un papel realmente importante en el mantenimiento del equilibrio redox de la tierra. está bien. Ahora, un sistema que les voy a mostrar en ese DVD, que le hará mucho más justicia que mis dibujos aquí, es un volcán de aguas profundas en caso de que no lo reconozcan. Y esto es 2500 metros en el fondo del océano, muy, muy profundo. Y hay un calor intenso. Me refiero a pensar en un volcán en la superficie de la tierra. Se encuentra calor intenso y compuestos reducidos en el manto de la tierra que están listos para entrar en erupción a través de este volcán de aguas profundas. Y tienes sulfato en el agua de mar que se filtra por aquí. Y a medida que se filtra y se absorbe en la materia volcánica que sale de aquí, se reduce a sulfuro de hidrógeno que sale del volcán.

Pero tienes oxígeno en el agua de las profundidades marinas. Y hablaremos de esto cuando hablemos de la circulación oceánica. Pero los océanos tienen una circulación oceánica global donde el agua de la superficie que está en equilibrio con la atmósfera en realidad se hunde y viaja a lo largo del fondo del océano. Entonces, hay oxígeno en el fondo del océano, a diferencia de muchos lagos donde no hay oxígeno.

Y hablaremos de esa diferencia. Y en los conductos de ventilación calientes, el agua que sale de aquí puede estar muy, muy caliente, pero hay una pendiente justo cuando sale y se encuentra con el agua de mar más fría.

Entonces, lo que tiene aquí es una incubadora perfecta para bacterias quimiosintéticas, que usan el sulfuro de hidrógeno en la quimiosíntesis para fijar el dióxido de carbono usando el oxígeno aquí. Y eso forma la base de toda la red alimentaria en las profundidades del océano porque no hay luz allí.

No hay fotosíntesis. Solo hay quimiosíntesis.

Y solo una pequeña historia que se remonta a cuando llegué por primera vez al MIT como profesor asistente en 1976. Ni siquiera naciste. Pero cuando era joven solíamos ir al Muddy Charles Pub periódicamente después del trabajo y tomar unas cervezas. Y había un profesor, en este departamento en realidad, John Edmond, que falleció hace varios años pero que solía estar allí. Fue algo así como nuestros Cheers.

Y nunca olvidaré el día en que regresó de un crucero.

Vino al pub. Él era químico y yo biólogo.

Y dijo que no creerás lo que encontramos en el fondo del océano. Había bajado en Alvin, este vehículo sumergible para dos personas.

Y empezó a hablar sobre estas almejas gigantes y estos gusanos tubulares gigantes y todas estas cosas, y pensé que se había tomado demasiadas cervezas. Me resultó difícil de creer. Bueno, resultó que ese fue el primer descubrimiento de estos respiraderos de aguas profundas y él estaba en esa expedición. Y a través de esa relación colegial terminé con una de las conchas de las almejas de allí, que es una de las almejas gigantes.

Su carne es de color rojo sangre porque tienen un tipo especial de hemoglobina que utilizan para mantener la tensión de oxígeno perfecta para estas bacterias quimiosintéticas. Si el oxígeno es demasiado alto, no pueden hacer esto porque oxidará espontáneamente el H2S.

Entonces, la tensión del oxígeno es muy crítica.

Y tienen un tipo especial de hemoglobina que hace eso.

Entonces, estas afirmaciones tenían bacterias quimiosintéticas simbióticas.

Bueno, desde entonces estos respiraderos se han descubierto en todas partes y se han descubierto ecosistemas similares en la superficie.

Y hay todo tipo de ventilaciones diferentes.

En este video, aprenderá no solo sobre los respiraderos hidrotermales, los respiraderos calientes, sino también sobre las filtraciones frías que se llaman cuando hay bacterias de metano que son realmente importantes. está bien.

Entonces, estas son las principales formas en que los organismos pueden obtener energía para convertir CO2 en carbono orgánico. Luego tienes todos estos heterótrofos, los que usan el carbono orgánico, y tienen varias formas de hacerlo. Ha aprendido en bioquímica la forma principal, que es muy poderosa, y es usar la respiración aeróbica para hacer eso.

Y entonces vamos a abreviar eso aquí.

Ese es nuestro reverso de la fotosíntesis. Entonces heterótrofos.

Y déjame adelantarme con las diapositivas.

OK, ahí lo tienes. Así que esta es una versión de dibujos animados de la respiración aeróbica. Así que solo pondremos glucosa, bajaremos al ciclo de Krebs. Y vamos a dejar que los electrones fluyan aquí y que el oxígeno sea el aceptor de electrones final que crea agua. Así que realmente hemos logrado el reverso absoluto de la fotosíntesis y hemos creado NADH al hacer esto y hemos creado ATP. Entonces, estos tipos obtienen la energía de la glucosa que producen todos los demás organismos.

Y el oxígeno es el aceptor de electrones terminal cuando hay oxígeno alrededor. Pero hay muchos entornos, como hemos hablado en la tierra, donde no hay oxígeno.

Y hay bacterias que pueden aprovechar esos entornos.

Y en lugar de que el oxígeno sea el aceptor de electrones terminal, hay una serie de otros elementos que pueden usar, compuestos que pueden usar.

Por ejemplo, hay algunos que usan nitrato y lo reducen a óxido nitroso. N2. Amoníaco. Todas las formas relativamente reducidas de nitrógeno. Y por eso esto se llama anaeróbico.

Y este proceso se llama gentrificación. Y si no fuera por estas bacterias, estas bacterias anaeróbicas que pueden reducir el nitrato, el nitrógeno nunca volvería a la atmósfera. ¿Recuerda la última vez que hablamos sobre la fijación de nitrógeno, cómo tipos específicos de microbios pueden tomar N2 de la atmósfera y atraerlo al ecosistema?

Bueno, si no tuviera estas bacterias haciendo este proceso, el nitrógeno nunca volvería a la atmósfera.

Son fundamentales para cerrar el ciclo del nitrógeno.

Luego hay algunos que pueden usar sulfato y reducirlo a sulfuro de hidrógeno. Como puede imaginar, estos son fundamentales para crear el sulfuro de hidrógeno que se utiliza en estos otros procesos.

Hay algunos que usan CO2 y se convierten en metano.

Estas son bacterias metanogénicas y son increíblemente importantes en el ciclo global del carbono y en el ciclo del metano.

El metano es un gas de efecto invernadero realmente poderoso, y hablaremos de eso más adelante. Y luego hay algunos que pueden tomar Fe3 + y reducirlo a Fe2 +. Y lo mismo ocurre con el manganeso.

Entonces, debería comenzar a sentir una especie de simetría aquí, cierto, que estas bacterias anaeróbicas están cumpliendo funciones en la tierra. Déjame escribir esto.

Estos son reductores de sulfato, estos son metanógenos y estos son reductores de hierro y reductores de manganeso.

Entonces, todos estos se volverán extremadamente importantes cuando hablemos de los ciclos biogeoquímicos globales de todos estos elementos.

Son estos microbios los que se aseguran de que los ciclos puedan continuar y no se encuentren en un callejón sin salida de oxidación o reducción.

está bien. Antes de ir a la película, solo quiero decir que si miran la Tabla 25.2 en su libro de texto, creo que es esa.

Supongo que estoy usando la versión más reciente.

Verá una variación de este tema en el que habrá algunas entradas de organismos que no entran en estas categorías que les acabo de mostrar. Y es decir que hay organismos que utilizan energía lumínica y energía de carbono orgánico al mismo tiempo. Por cada variación que es posible, hay un organismo que ha evolucionado para aprovecharla. Lo he simplificado demasiado aquí, pero debes saberlo. Y la conclusión es si es termodinámicamente posible. Y, nuevamente, toda esta conferencia podría haberse hecho en un modo termodinámico. Podríamos haber visto qué parejas redox eran energéticamente posibles y luego asignarlas a microbios particulares. Pero por ahora solo quiero que obtengas una descripción general. Pero para cualquier cosa que sea termodinámicamente factible, existe un microbio que lo está haciendo.

Y, de hecho, los microbiólogos revisan tablas redox y juntan diferentes parejas redox e hipotetizan.

Debería poder encontrar un organismo que haga esto en ese entorno. Y luego salen. Y casi siempre pueden encontrarlo. Son increíblemente versátiles. Y le da una sensación realmente buena del poder de la termodinámica para impulsar la evolución de estos procesos bioquímicos.

Finalmente, antes de mostrarte la película, quiero mostrarte de qué se trata todo esto. Hubo un microbiólogo ruso en el siglo anterior llamado Winogradsky, que quería aislar algunas de estas bacterias fotosintéticas. Y sabiendo cuáles eran sus características, salió a buscar barro y agua del estanque. Y creó lo que hemos venido a llamar una columna de Winogradsky.

Esta es una botella de jugo de Winogradsky, pero funciona igual. Y lo que haces es poner barro en el fondo y poner agua del estanque aquí.

Y el agua del estanque tiene básicamente un inóculo. Tiene representantes de todos los diferentes tipos de bacterias. Pueden ser esporas. Si no les gusta el entorno en el que se encuentran, esporulan y luego simplemente no germinan. Pero presumiblemente en el agua del estanque tienes todo lo que podría crecer aquí. Y en el barro le agregas una fuente de sulfato. Y entonces podría agregar sulfato de calcio y podría agregar un poco de materia orgánica, ya sabes, partes de plantas o algo simplemente para reactivarlo.

Y finalmente estableciste un gradiente aquí de sulfuro de hidrógeno y oxígeno.

Y con el tiempo, los organismos crecen a lo largo de ese gradiente.

Entonces terminarás aquí abajo con la respiración anaeróbica.

De hecho, los organismos generan este gradiente. Cuando empiezas, todo se oxigena.

Y en lo que deberías pensar en este contexto es en lo que sucede.

¿Cómo se generan estos gradientes cuando comienzas con un sistema completamente mixto, todo allí, todo oxigenado? Eventualmente tendrás anaeróbico - Primero tendrás respiración anaeróbica, ¿verdad?

Cualquier cosa que pueda usar carbono orgánico y oxígeno se volverá loca, y eso es lo que va a reducir el oxígeno.

Entonces tendrás respiración anaeróbica aquí.

Tendrás fotosíntesis aquí arriba, evolucionando oxígeno. Aquí tendrá bacterias quimiosintéticas porque necesitan un poco de oxígeno, pero también necesitan algo de este sulfuro de hidrógeno y bacterias fotosintéticas aquí.

Bueno, son como aquí abajo. Porque necesitan luz pero no pueden tener oxígeno. Y así puedes configurarlos. Y esta banda púrpura aquí te dice que tienes tus bacterias fotosintéticas.


Analicemos ahora las similitudes de la fotosíntesis y la quimiosíntesis, y cuáles son las diferencias entre ellas.

  • Tanto la quimiosíntesis como la fotosíntesis son tipos de nutrición autótrofa, cuando el cuerpo libera materia orgánica de la inorgánica.
  • La energía de tal reacción se almacena en ácido adenosina trifosfórico (abreviado ATP) y posteriormente se utiliza para la síntesis de sustancias orgánicas.

La diferencia entre la fotosíntesis y la quimiosíntesis:

  • Tienen una fuente de energía diferente y, como resultado, diferentes reacciones redox. Durante la quimiosíntesis, la fuente principal de energía no es la luz solar, sino una reacción química de oxidación de ciertas sustancias.
  • Durante la quimiosíntesis, las células bacterianas no tienen la clorofila (el pigmento verde) durante la fotosíntesis, por el contrario, tienen la clorofila.
  • En la quimiosíntesis, la fuente de carbono para la síntesis de compuestos orgánicos puede ser no solo dióxido de carbono, sino también monóxido de carbono (CO), ácido fórmico, ácido acético, metanol y carbonatos.


2.24: Quimiosíntesis - Biología

La mayor parte de la vida en la Tierra depende de la fotosíntesis, el proceso mediante el cual las plantas producen energía a partir de la luz solar. Sin embargo, en los respiraderos hidrotermales en las profundidades del océano ha evolucionado un ecosistema único en ausencia de luz solar, y su fuente de energía es completamente diferente: la quimiosíntesis. La quimiosíntesis es el proceso por el cual ciertos microbios crean energía al mediar reacciones químicas. ¡Así que los animales que viven alrededor de los respiraderos hidrotermales se ganan la vida con los productos químicos que salen del lecho marino en los fluidos de los respiraderos! Debido a que son una fuente de alimento local, los respiraderos hidrotermales generalmente tienen una alta biomasa, en marcado contraste con la distribución muy escasa de animales fuera de las áreas de ventilación donde los animales dependen de los alimentos que caen desde arriba.

Los microbios quimiosintéticos proporcionan la base para la colonización biológica de los conductos de ventilación. Los microbios quimiosintéticos viven en el lecho marino o debajo de él, e incluso dentro de los cuerpos de otros animales de ventilación como simbiontes. Donde la alfombra microbiana cubre el lecho marino alrededor de los conductos de ventilación, los que pastan como caracoles, lapas y gusanos de escamas se comen la alfombra, y los depredadores vienen a comerse a los herbívoros. Los gusanos tubulares florecen en pequeños grupos, ondeando en los fluidos calientes. Una imagen típica de un respiradero hidrotermal activo es, por lo tanto, uno con fluidos hidrotermales cálidos brillantes, gusanos tubulares y muchas otras especies de respiraderos, todos densamente agrupados alrededor del respiradero, con material de alfombra microbiana blanca que cubre el área circundante.


Quimiosíntesis (nanotecnología)

En nanotecnología molecular, quimiosíntesis es cualquier síntesis química en la que se producen reacciones debido a un movimiento térmico aleatorio, una clase que abarca casi toda la química sintética moderna. En consecuencia, los procesos de ingeniería química creados por humanos se representan como biomimetismo de los fenómenos naturales anteriores, y toda la clase de cadenas no fotosintéticas mediante las cuales se construyen moléculas complejas se describe como quimio.

La quimiosíntesis se puede aplicar en muchas áreas diferentes de investigación, incluido el ensamblaje posicional de moléculas. Aquí es donde las moléculas se ensamblan en ciertas posiciones para realizar tipos específicos de quimiosíntesis utilizando bloques de construcción moleculares. En este caso, la síntesis se realiza de manera más eficiente mediante el uso de bloques de construcción moleculares con una pequeña cantidad de enlaces. También se prefieren las moléculas no tensas, que es cuando las moléculas sufren un estrés externo mínimo, lo que conduce a que la molécula tenga una energía interna baja. Hay dos tipos principales de síntesis: aditiva y sustractiva. En la síntesis aditiva, la estructura comienza con nada, y luego se agregan gradualmente bloques de construcción moleculares hasta que se crea la estructura que se necesita. En la síntesis sustractiva, comienzan con una molécula grande y eliminan los bloques de construcción uno por uno hasta que se logra la estructura. [1]

Esta forma de ingeniería se contrasta luego con la mecanosíntesis, un proceso hipotético en el que las moléculas individuales se manipulan mecánicamente para controlar las reacciones según la especificación humana. Dado que la fotosíntesis y otros procesos naturales crean moléculas extremadamente complejas según las especificaciones contenidas en el ARN y almacenadas a largo plazo en forma de ADN, los defensores de la ingeniería molecular afirman que un proceso artificial también puede explotar una cadena de almacenamiento a largo plazo, almacenamiento a corto plazo, mecanismos de copia similares a enzimas similares a los de la célula y, en última instancia, producen moléculas complejas que no necesitan ser proteínas. Por ejemplo, la lámina de diamante o nanotubos de carbono podrían producirse mediante una cadena de reacciones no biológicas que se han diseñado utilizando el modelo básico de biología.

Uso del término quimiosíntesis refuerza la opinión de que esto es factible al señalar que varios medios alternativos para crear proteínas complejas, conchas minerales de moluscos y crustáceos, etc., evolucionaron de forma natural, no todos ellos dependientes de la fotosíntesis y una cadena alimentaria del sol a través de la clorofila. [2] Dado que existe más de una vía para crear moléculas complejas, incluso las extremadamente específicas, como las proteínas comestibles para los peces, la probabilidad de que los humanos puedan diseñar una completamente nueva se considera (por estos defensores) casi segura en a largo plazo y posible dentro de una generación. [2]

Se han desarrollado varios métodos de quimiosíntesis a nanoescala, una variante común de los cuales es la deposición en baño químico (CBD). Este proceso permite la síntesis a gran escala de capas de película delgada de una variedad de materiales, y ha sido especialmente útil para proporcionar tales películas para optoelectrónica mediante la creación eficiente de películas de sulfuro de plomo (PbS). La síntesis de CBD de estas películas permite ensamblajes precisos y rentables, con el tipo y tamaño de grano, así como las propiedades ópticas del nanomaterial dictadas por las propiedades del baño circundante. Como tal, este método de quimiosíntesis a nanoescala se implementa a menudo cuando se desean estas propiedades y se puede usar para una amplia gama de nanomateriales, no solo sulfuro de plomo, debido a las propiedades ajustables. [3]


Ver el vídeo: bio photosynthesis u0026 chemosynthesis (Junio 2022).