Phases de chimiosynthèse, organismes, différences avec la photosynthèse

La chimiosynthèse Il s'agit d'un processus biologique caractéristique de certains organismes autotrophes qui exploitent l'énergie chimique pour convertir les substances inorganiques en matière organique. Il diffère de la photosynthèse dans laquelle ce dernier utilise l'énergie de la lumière du soleil.

Les organismes capables d'effectuer une chimiosynthèse sont généralement des procaryotes tels que les bactéries et d'autres micro-organismes tels que les arches, qui extraient l'énergie des réactions qui impliquent l'oxydation de très petits composés.

Photographie de Riftia Pachyptila, A Chimosynthetic Organism (Source: NOA Okeanos Explorer Program, Rift Expedition 2011 [Domain public] via Wikimedia Commons)

Les exemples les plus courants de bactéries chimiques sont les bactéries nitrifiantes, qui oxydent l'ammonium pour produire du dioxyde d'azote, ainsi que des bactéries soufre, capables d'oxyder l'acide sulfurique, le soufre et d'autres composés de soufre.

[TOC]

Origine du concept

Le microbiologiste Sergei Winogradsky, en 1890, a été le premier scientifique à parler de l'existence possible de processus chimiques, car il a supposé qu'il devrait y avoir un processus similaire à celui de la photosynthèse qui a utilisé une source d'énergie différente de la lumière du soleil à la lumière du soleil.

Cependant, le terme "chimiosynthèse" a été inventé en 1897 par Pfeffer. Les théories de Winogradsky ont été prouvées en 1977 lors de l'expédition réalisée par le sous-marin «Alvin» vers les eaux profondes de l'océan, autour des îles Galapagos.

Dans cette expédition, les scientifiques à bord du sous-marin ont découvert des écosystèmes bactériens qui subsistent en présence de matière inorganique et d'autres en symbiose avec certains animaux marins invertébrés.

À l'heure actuelle, divers écosystèmes chimiosynthétiques sont connus dans le monde entier, en particulier associés aux environnements marins et océaniques et, dans une moindre mesure, avec des écosystèmes terrestres. Dans ces environnements, les micro-organismes chimiosynthétiques représentent des producteurs primaires importants de matière organique.

Phases

La chimiosynthèse se produit, presque toujours, à l'interface des environnements aérobies et anaérobies moyens, où les produits finaux de décomposition anaérobie et de grandes quantités d'oxygène sont concentrées.

Comme la photosynthèse, la chimiosynthèse a des phases bien définies: un oxydatif et une biosynthèse. La première utilise des composés inorganiques et pendant la deuxième matière organique se produit.

Phase oxydative

Au cours de cette première phase et selon le type d'organisme considéré, différents types de composés inorganiques réduits tels que l'ammoniac, le soufre et ses dérivés, le fer, certains dérivés d'azote, d'hydrogène, etc.

Dans cette phase, l'oxydation de ces composés libère l'énergie qui est exploitée pour la phosphorylation de l'ADP, formant l'ATP, l'une des principales monnaies énergétiques des êtres vivants et, en outre, la réduction de la puissance est générée sous forme de molécules NADH.

Il peut vous servir: la flore et la faune de Jalisco: espèces représentatives

Une particularité du processus chimiosynthétique a à voir avec laquelle une partie de l'ATP générée est utilisée pour propulser le transport inverse de la chaîne d'électrons, afin d'obtenir plus d'agents réducteurs sous la forme de NADH.

En résumé, cette étape se compose de la formation d'ATP à partir de l'oxydation des donneurs d'électrons appropriés, dont l'énergie biologiquement utile est utilisée dans la phase de biosynthèse.

Phase de biosynthèse

La biosynthèse de la matière organique (composés gazeuses) se produit grâce à l'utilisation de l'énergie contenue dans les liaisons à haute énergie de l'ATP et à la puissance réductrice stockée dans les molécules NADH.

Cette deuxième phase de chimiosynthèse est "homologue" à laquelle elle se produit pendant la photosynthèse, car la fixation des atomes de carbone est donnée dans les molécules organiques.

Dans le même, le dioxyde de carbone (CO2) est fixé sous forme de carbones organiques, tandis que l'ATP devient ADP et phosphate inorganique.

Organismes chimiosynthétiques

Il existe différents types de micro-organismes chimiosynthétiques, étant des médecins et d'autres obligés. Cela signifie que certains dépendent exclusivement de la chimiosynthèse pour obtenir de l'énergie et de la matière organique, et d'autres le font si l'environnement les conditionne.

Les micro-organismes chimiosynthétiques ne sont pas très différents des autres micro-organismes, car ils obtiennent également de l'énergie à partir de processus de transport d'électrons où des molécules telles que les flavinas, les quinonas et les cytochromes sont impliqués.

De cette énergie, ils sont capables de synthétiser les composants cellulaires des sucres qui sont synthétisés en interne grâce à l'assimilation réductrice du dioxyde de carbone.

Certains auteurs considèrent que les organismes chimiosynthétiques peuvent être divisés en chimio-organoautotrophs et chimio-lithoautotrophs, selon le type de composé à partir duquel ils extraient l'énergie, qui peut être organique ou inorganique, respectivement respectivement.

En ce qui concerne les procaryotes, la plupart des organismes chimiosynthétiques sont des bactéries négatives à Gram, généralement du genre Pseudomonas et d'autres liés. Parmi ceux-ci sont:

- Bactéries nitrifiantes.

- Bactéries capables d'oxyder les composés de soufre et de soufre (Soufre bactérien).

- Bactéries capables d'oxyder l'hydrogène (Bactéries hydrogène).

- Bactéries capables d'oxyder le fer (Bactéries de fer).

Les micro-organismes chimiosynthétiques utilisent un type d'énergie qui serait perdu dans le système de biosphère. Ceux-ci constituent une grande partie de la biodiversité et de la densité de population de nombreux écosystèmes où l'introduction de la matière organique est très limitée.

Peut vous servir: compétition intra-spécifique: caractéristiques, types et exemples

Sa classification a à voir avec des composés capables d'utiliser des donateurs d'électrons.

Bactéries nitrifiantes

Ils ont été découverts en 1890 par Winogradsky et certains des genres décrits jusqu'à présent forment des agrégats entourés de la même membrane. Ils sont généralement isolés des environnements terrestres.

La nitrification implique l'oxydation de l'ammonium (NH4) aux nitrites (NO2-) et aux nitrites (NO2-) aux nitrates (NO3-). Les deux groupes de bactéries qui participent à ce processus, coexistent souvent dans le même habitat pour profiter des deux types de composés utilisent le CO2 comme source de carbone.

Bactéries capables d'oxyder les composés de soufre et de soufre

Ce sont des bactéries capables d'oxyder les composés de soufre inorganiques et de déposer du soufre à l'intérieur de la cellule dans des compartiments spécifiques. Au sein de ce groupe, certaines bactéries filamenteuses et non filamenteuses de différents genres de bactéries facultatives et obligatoires sont classées.

Ces organismes sont capables d'utiliser des composés de soufre qui sont très toxiques pour la plupart des organismes.

Le composé le plus souvent utilisé par ce type de bactéries est le gaz H2S (acide sulfurique). Cependant, ils peuvent également utiliser du soufre élémentaire, des thiosulfates, des politiciens, des sulfures métalliques et d'autres molécules telles que les donneurs d'électrons.

Certaines de ces bactéries méritent du pH acide pour se développer, elles sont donc appelées bactéries acidophiles, tandis que d'autres peuvent le faire à pH neutre, plus près de la "normalité".

Beaucoup de ces bactéries peuvent former des «lits» ou des biofilms dans différents types d'environnements, mais surtout dans les drains des industries minières, à des sources chaudes de soufre et dans les sédiments océaniques.

Ils sont généralement appelés bactéries incolores, car elles diffèrent des autres bactéries vertes et violettes qui sont des photoautotrophies qu'ils n'ont pas de pigments d'aucune sorte, en plus de ne pas avoir besoin de soleil.

Bactéries capables d'oxyder l'hydrogène

Dans ce groupe, il y a des bactéries capables de se développer dans des milieux minéraux avec des atmosphères riches en hydrogène et en oxygène et dont la seule source de carbone est le dioxyde de carbone.

Voici les bactéries à Gram négatif et à Gram positif, capables de se développer dans des conditions hétérotrophiques et qui peuvent avoir différents types de métabolismes.

L'hydrogène s'accumule à partir de la rupture anaérobie des molécules organiques, qui est obtenue par différentes bactéries fermentantes. Cet élément est une source importante de bactéries chimiosynthétiques et d'arches.

Les micro-organismes capables de l'utiliser comme donneur d'électrons le font grâce à la présence d'une enzyme hydrogénase associée à ses membranes, ainsi qu'à la présence d'oxygène comme accepteur électronique.

Il peut vous servir: flore et faune de France: espèces principales

Bactéries capables d'oxyder le fer et le manganèse

Ce groupe de bactéries est capable d'utiliser l'énergie générée de l'oxydation du manganèse ou du fer à l'état ferreux à son état ferrique. Il comprend également des bactéries capables de se développer en présence de thiosulfates tels que des donneurs d'hydrogène inorganiques.

Du point de vue écologique, les bactéries oxydantes en fer et en magnésium sont importantes pour la détoxification environnementale, car la concentration des métaux toxiques dissous diminue.

Organismes symbiotiques

En plus des bactéries libres de la vie, il existe des animaux invertébrés qui habitent des environnements inhospitaliers et qui sont associés à certains types de bactéries chimiques pour survivre.

La découverte des premiers symbions s'est produite après l'étude d'un ver de tube géant, Riftia Pachyptila, manquant d'un tube digestif et obtient une énergie vitale des réactions réalisées par les bactéries avec lesquelles il est associé.

Différences avec la photosynthèse

La caractéristique la plus distinctive des organismes chimiosynthétiques est qu'ils combinent la capacité d'utiliser des composés inorganiques pour gagner de l'énergie et de la puissance de réducteur, ainsi que de réparer efficacement les molécules de dioxyde de carbone. Quelque chose qui peut se produire en l'absence totale de soleil.

La photosynthèse est réalisée par des plantes, des algues et quelques types de bactéries et de protozoaires. Utilisez l'énergie de la lumière du soleil pour propulser la transformation du dioxyde de carbone et de l'eau (photolyse) en oxygène et en glucides, par la production d'ATP et de NADH.

La chimiosynthèse, en revanche, exploite l'énergie chimique libérée des réactions de réduction de l'oxyde pour régler les molécules de dioxyde de carbone et produire des sucres et de l'eau grâce à l'obtention d'énergie sous forme d'ATP et à la réduction de la puissance.

En chimiosynthèse, contrairement à la photosynthèse, aucun pigment n'est impliqué et aucun oxygène n'est produit comme produit secondaire.

Les références

1. Dubilier, n., Bergin, C., & Lott, C. (2008). Diversité symbiotique chez les animaux marins: l'art de l'exploitation de la chimiosynthèse. Nature revue microbiologie, 6(10), 725-740.
2. Engel, un. S. (2012). Chimioautotrophie. Encyclopédie des grottes, (1997), 125-134.
3. Engager, E., Ross, F., & Bailey, D. (2009). Concepts en biologie (13e ed.). McGraw-Hill.
4. Kinne, ou. (1975). Écologie marine. (SOIT. Kinne, ed.), Calcul. Divertir. (2e éd., Vol. Ii). John Wiley & Sons. https: // doi.org / 10.1145/973801.973803
5. Lire, h. (1962). Iv. Subfeunts sur l'énergie de la chimiosynthèse. Symposium sur l'automobile.
6. Rythme, m., & Lovett, g. (2013). Production primaire: le fondement des écosystèmes. Dans Funditionment de la science de l'écosystème (PP. 27-51). Elsevier Inc.