Quimiosíntesi i Fixació del Nitrogen: Fases, Tipus de Bacteris i Mecanismes
Quimiosíntesi: Definició i Organismes
La quimiosíntesi consisteix en la síntesi d’ATP a partir de l'energia que es desprèn de determinades substàncies inorgàniques en les reaccions d'oxidació. Els organismes que realitzen aquests processos es denominen quimioautòtrofs. Tots els quimioautòtrofs coneguts són bacteris.
Fases de la Quimiosíntesi
- S'obté ATP i poder reductor (NADH en els bacteris, en lloc de NADPH com en les plantes), gràcies a l'oxidació de substàncies inorgàniques. Aquesta oxidació constitueix la font d'energia per a la fosforilació oxidativa de l'ADP. Part de l'ATP s'utilitza per provocar un transport invers en la cadena respiratòria d'electrons per a l'obtenció de NADH.
- Les vies metabòliques seguides coincideixen amb la fase fosca de la fotosíntesi.
Tipus de Bacteris Quimioautòtrofs
Segons el substrat utilitzat, els bacteris quimioautòtrofs es classifiquen en:
Bacteris incolors del sofre
Responsables de la fixació de l'H₂S (sulfur d'hidrogen) procedent de la descomposició de la matèria orgànica, que abunda en aigües residuals.
- H₂S + ½ O₂ → S + H₂O + E (50 kcal/mol)
- 2 S + 3 O₂ + H₂O → 2 SO₄²⁻ + 4 H⁺ + E (119 kcal/mol)
Bacteris del nitrogen
Oxiden compostos reduïts del nitrogen, com l’amoniac, procedent de la descomposició de cadàvers animals i de restes vegetals, i els converteixen en nitrats assimilables per les plantes.
Bacteris nitrosificants
Transformen amoniac en nitrits.
2 NH₃ + 3 O₂ → NO₂⁻ + 2 H⁺ + 2 H₂O + E (65 kcal/mol)
Bacteris nitrificants
Transformen nitrits en nitrats.
NO₂⁻ + ½ O₂ → NO₃⁻ + E (18 kcal/mol)
Bacteris del ferro
Transformen els dipòsits minerals de carbonats de ferro en jaciments d'òxids de ferro.
2 FeCO₃ + 3 H₂O + ½ O₂ → Fe(OH)₃ + 2 CO₂ + E (40 kcal/mol)
Bacteris de l'hidrogen
Poden utilitzar hidrogen molecular i són quimioautòtrofs facultatius.
H₂ + ½ O₂ → H₂O + E (57 kcal/mol)
Fixació del Nitrogen Atmosfèric
Els organismes autòtrofs capten el nitrogen (N) a partir de nitrits dissolts. No obstant això, hi ha un grup de bacteris i cianobacteris que són capaços de fixar el nitrogen atmosfèric (N₂).
El Complex Nitrogenasa
Aquesta fixació és possible perquè aquests organismes tenen un enzim clau: la nitrogenasa. Aquest complex enzimàtic està format per dos components:
- Un enzim que té un grup prostètic amb àtoms de ferro (Fep).
- Un altre enzim el grup prostètic del qual té àtoms de ferro i molibdè (MoFep).
La font d'electrons per a la reducció pot ser el NADH. Els electrons es transfereixen a la ferredoxina, que al seu torn els transfereix a la nitrogenasa. L'últim pas del procés de fixació requereix ATP.