Qual é a relação entre a fotossíntese e o surgimento dos procariotos?

De acordo com a TEORIA HETEROTRÓFICA, as primeiras células que surgiram foram os PROCARIOTOS ANAERÓBIOS HETEROTRÓFICOS que consumiam os compostos orgânicos do meio, tais compostos eram limitados! Com o esgotamento desse recurso, juntamente com mutações que ocorreram nos procariotos, surgiram os PROCARIOTOS ANAERÓBIOS AUTOTRÓFICOS que adquiriram a capacidade de sintetizar seu próprio alimento, realizando para tal, a fotossíntese! A partir desse evento muitas modificações ocorreram na atmosfera primitiva, por exemplo, acumulo de Oxigênio e surgimento dos HETEROTRÓFICOS, etc...

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Metabolismo de procariontes

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Como procariontes obtêm energia e nutrientes. Quimiotróficos e fototróficos. Heterotróficos e autotróficos.

Pontos Principais:

Alguns procariontes são fototróficos e obtêm energia do sol. Outros são quimiotróficos e obtêm energia dos compostos químicos.
Alguns procariontes são autotróficos e fixam o carbono a partir do ${CO}_{2}$ ‍. Outros são heterotróficos e obtêm carbono a partir de compostos orgânicos de outros organismos.
Procariontes podem realizar metabolismo aeróbio (requer oxigênio) ou anaeróbio (não requer oxigênio), e alguns podem alternar entre esses processos.
Alguns procariontes possuem enzimas e vias especiais que permitem que eles metabolizem compostos contendo nitrogênio ou enxofre.
Os procariontes desempenham papéis-chave na ciclagem de nutrientes através dos ecossistemas.

Introdução

No nosso esquema de alimentação, possuímos uma variedade consideravelmente limitada de maneiras para se alimentar. Temos apenas que escolher entre comer legumes ou tomar sorvete (podemos também comer ambos em quantidades saudáveis!). Portanto, é muito improvável que precisemos da fotossíntese para se alimentar. Também é improvável que tomemos no café da manhã sulfeto de hidrogênio, composto responsável pelo "cheiro de ovo podre".

Os procariontes (bactérias e arqueias) possuem estratégias nutricionais muito mais diversas que os humanos - isto é, diversas maneiras de obtenção de carbono fixo (moléculas de combustível) e energia. Algumas espécies consomem material orgânico como plantas e animais mortos. Outros vivem às custas de compostos inorgânicos das rochas. Uma bactéria, a Thiobacillus concretivorans, consome ácido sulfúrico capaz de derreter metal!

^{1}

Neste artigo, conheceremos mais de perto algumas maneiras pelas quais os procariontes obtêm e metabolizam os alimentos, e como eles podem influenciar a ciclagem de nutrientes.

Modos de nutrição

Todas as formas de vida da terra necessitam de energia e carbono fixado (carbono incorporado em moléculas orgânicas) para sintetizar as macromoléculas que compõem suas células. Isso se aplica aos humanos, plantas, fungos, e também às bactérias. Os organismos vivos podem ser categorizados pelas formas de obtenção de energia e carbono.

Primeiro vamos categorizar os organismos pelo modo de obtenção do carbono fixado:

Organismos que fixam carbono a partir do dióxido de carbono ( ${CO}_{2}$ ‍) ou outro composto inorgânico são chamados de autotróficos.
Organismos que obtêm carbono fixado a partir de compostos orgânicos sintetizados por outros organismos (alimentando-se deles ou de seus produtos) são chamados de heterotróficos.

Agora vamos categorizar organismos pelo modo de obtenção de energia:

Organismos que usam a luz (principalmente do sol) como fonte de energia são chamados de fototróficos.
Organismos que utilizam compostos químicos como fonte de energia são chamados de quimiotróficos.

Podemos dividir os procariontes (e outros organismos) em quatro categorias baseadas em suas fontes de energia e carbono:

Modo de nutrição	Fonte de energia	Fonte de carbono
Fotoautotrófico	Luz	Dióxido de carbono (ou compostos semelhantes)
Fotoheterotrófico	Luz	Compostos orgânicos
Quimioautotrófico	Compostos químicos (normalmente inorgânicos)	Dióxido de carbono (ou compostos semelhantes)
Quimioheterotrófico	Compostos químicos (normalmente orgânicos)	Componentes orgânicos

Somos mais familiarizados com os seres fotoautotróficos, como as plantas, e quimiotróficos, como os seres humanos e outros animais. Os procariontes se enquadram nestas duas categorias, mas também nas duas categorias menos familiares (fotoheterótroficas e quimioautotróficas), às quais não pertencem a plantas e animais.

^{2, 3}

Respiração aeróbia e anaeróbia

Outro aspecto metabólico em que os procariontes diferem dos humanos (além de serem muito mais diversificados que a gente) é a necessidade de oxigênio. O oxigênio é necessário para alguns, é tóxico para outros e ainda, facultativo para outros mais, dependendo da sua disponibilidade.

Os procariontes que necessitam de $O_{2}$ ‍ para metabolizar são chamados de aeróbios obrigatórios. Os seres humanos também são aeróbios obrigatórios (quem já trancou a respiração por muito tempo sabe disso).
Os procariontes que não toleram $O_{2}$ ‍ e só realizam metabolismo anaeróbio são chamados de anaeróbios obrigatórios. A C. botulinum, bactéria que causa o botulismo (um tipo de intoxicação alimentar) quando cresce em comida enlatada, é um anaeróbio obrigatório – e por isso ela se multiplica tão bem dentro de latas seladas. $^{4}$ ‍
Os anaeróbio facultativos usam o metabolismo aeróbico quando o $O_{2}$ ‍ está presente, mas mudam para o metabolismo anaeróbico se ele está ausente. As bactérias que causam infecções estafilo e strepto são exemplos de anaeróbios facultativos. $^{5}$ ‍

Metabolismo do enxofre e nitrogênio

Algumas espécies de bactérias e archaea possuem vias metabólicas que permitem que elas metabolizem nitrogênio e enxofre de maneiras incapazes aos eucariontes. Em alguns casos, elas usam moléculas que contêm nitrogênio ou enxofre para obter energia, mas em outros casos, elas gastam energia para converter essas moléculas em outras.

Metabolismo do enxofre

Alguns exemplos fascinantes de procariontes que metabolizam enxofre são encontrados em ecossistemas das profundezas do mar. Por exemplo, certas espécies de procariontes conseguem oxidar o sulfeto de hidrogênio (

H_{2} S

) de tubulações hidrotermais quentes. Elas usam a energia liberada nesse processo para fixar o carbono inorgânico da água em açúcares e outras moléculas orgânicas em um processo chamado quimiossíntese.

^{6}

Procariontes que metabolizam enxofre formam a base das cadeias alimentares dos habitats das profundezas do mar (onde nem o mais fino raio de luz consegue chegar para propiciar a fotossíntese). Os metabolizadores de enxofre mantêm comunidades inteiras de organismos, incluindo vermes, caranguejos e camarões, a milhares de metros abaixo da superfície do oceano.

^{7}

Metabolismo de nitrogênio

Procariontes que metabolizam nitrogênio incluem os fixadores de nitrogênio, nitrificantes, e denitrificantes. Eles têm papeis-chave no ciclo do nitrogênio, convertendo compostos nitrogenados de uma forma química para outra.

Procariontes fixadores de nitrogênio convertem (“fixam”) nitrogênio atmosférico (

N_{2}

) em amônia (

{NH}_{3}

), a qual pode ser incorporada em moléculas orgânicas por plantas e outros organismos. Algumas espécies de plantas da família dos legumes, tais como as ervilhas, formam relações mutuamente benéficas (mutualismos) com bactérias fixadoras de nitrogênio. As plantas albergam e alimentam as bactérias em estruturas chamadas nódulos radiculares, e as bactérias promovem a fixação de nitrogênio nas raízes. Bactérias fixadoras de nitrogênio são ecologicamente importantes pois elas introduzem a maior parte do nitrogênio fixado nas cadeias alimentares.

Outros procariontes no solo, chamados bactérias nitrificantes, convertem a amônia em outros tipos de compostos (nitratos e nitritos), que podem também ser absorvidos pelas plantas. Procariontes desnitrificantes fazem mais ou menos o reverso, convertendo nitratos em gás

N_{2}

Ciclos biogeoquímicos

A constante reciclagem dos elementos químicos é vital para o funcionamento dos ecossistemas. Nos ciclos biogeoquímicos da Terra, elementos químicos são convertidos em várias formas diferentes em um ciclo repetitivo.

Em virtude de seus diversos metabolismos, procariontes desempenham papeis importantes em muitos ciclos globais. Aqui, examinaremos mais atentamente às suas funções em dois destes: os ciclos do nitrogênio e do carbono.

Ciclo do nitrogênio

Como vimos na última seção, procariontes fixadores de nitrogênio convertem ("fixam") nitrogênio atmosférico (

N_{2}

) em amônia (

{NH}_{3}

). Plantas e outros organismos podem usar a amônia para construir moléculas como aminoácidos e nucleotídeos.

Outros procariontes no solo, as bactérias nitrificantes, convertem a amônia em outros tipos de compostos (nitratos e nitritos), que podem também ser absorvidos pelas plantas. Os procariontes desnitrificantes, que convertem nitratos em

N_{2}

, deslocam os átomos de nitrogênio do solo de volta para a atmosfera.

A imagem abaixo mostra uma versão simplificada do ciclo do nitrogênio, enfatizando o papel dos procariontes.

_Imagem modificada de "Nitrogen cycle" por Johann Dréo (CC BY-SA 3.0). A imagem modificada está autorizada sob licença CC BY-SA 3.0 license._

Ciclo do carbono

Procariontes também são importantes no ciclo do carbono. Procariontes fotossintéticos , tais como cianobactérias, usam a energia da luz para remover

{CO}_{2}

da atmosfera e fixá-lo em moléculas orgânicas. Esse é o mesmo processo básico realizado pelas plantas fotossintéticas.

Decompositores procariontes, por outro lado, deslocam o carbono na direção oposta. Quando eles degradam matéria orgânica morta (de plantas e animais anteriormente vivos), eles retornam

{CO}_{2}

para a atmosfera via respiração celular. A decomposição também libera uma variedade de outros elementos e moléculas inorgânicas para reuso.

A imagem abaixo mostra uma versão simplificada do ciclo do carbono, enfatizando o papel dos procariontes.

Créditos

Esse artigo é uma versão modificada de "Prokaryotic metabolism," por OpenStax College, Biology (CC BY 4.0). Baixe o arquivo original de graça em http://cnx.org/contents/47cb544e-2d71-4962-8d42-87f00bad4045@10.

O artigo adaptado está autorizado sob a licença CC BY-NC-SA 4.0

Trabalhos citados

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Reece, J. B., Urry, L. A., Cain, M. L., Wasserman, S. A., Minorsky, P. V., e Jackson, R. B. (2011). Diverse nutritional and metabolic adaptations have evolved in prokaryotes. Em Campbell biology (10th ed., p. 575). San Francisco, CA: Pearson.
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Facultative anaerobic organism. (23 de dezembro, 2015). Acesso em 17 de maio, 2016. Disponível em Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Facultative_anaerobic_organism.
National Oceanic and Atmospheric Administration. (12 de fevereiro, 2013). Chemosynthesis vs. photosynthesis. In _Ocean explorer. Disponível em http://oceanexplorer.noaa.gov/edu/learning/5_chemosynthesis/activities/chemovsphoto.html.
Hydrothermal vent. (2016, March 14). Acesso em 14 de março de 2016 em Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Hydrothermal_vent.

Outras referências

Anaerobic respiration. (29 de fevereiro, 2016). Acesso em 14 de março, 2016.Disponível em Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Anaerobic_respiration.

Botulismo. (14 de março, 2016). Acesso em 21 de março de 2016. Disponível em Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Botulism.

Bryson, B. (2003). A short history of nearly everything. New York, NY: Broadway Books.

Chemosynthesis. (2 de fevereiro, 2016). Acesso em 14 de março, 2016. Disponível em Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Chemosynthesis.

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Reece, J. B., Urry, L. A., Cain, M. L., Wasserman, S. A., Minorsky, P. V., e Jackson, R. B. (2011). Prokaryotes play crucial roles in the biosphere. Em Campbell biology (10th ed., pp. 581-582). San Francisco, CA: Pearson.

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Teste seu conhecimento

Quais das seguintes afirmações sobre as estratégias metabólicas das bactérias são verdadeiras?

	Verdadeiro	Falso
Algumas bactérias realizam fotossíntese e produzem oxigênio, semelhante às plantas.
Bactérias são sempre autótrofas, mas elas podem obter energia ou da luz ou de fontes químicas.
Algumas bactérias quimiossintetizantes introduzem energia e carbono fixado em comunidades onde a fotossíntese não é possível (por exemplo, fontes no fundo do mar).
Algumas bactérias vivem simbioticamente dentro de organismos hospedeiros e fornecem nutrientes ao hospedeiro.

Algumas bactérias sintetizam suas próprias moléculas de combustível/fixam o seu própio carbono (autotróficas), enquanto outras assimilam carbono fixado de seus ambientes (heterotróficas).

Alguns autótrofos usam a energia luminosa para sintetizar suas próprias moléculas combustíveis, enquanto outros extraem energia de fontes químicas.

Bactérias que extraem energia de fontes químicas e a utilizam para fixar carbono são chamadas de organismos quimiossintetizantes. Essas bactérias podem ser essenciais para comunidades onde a luz não está disponível, como aquelas próximas de fontes do fundo do mar. Elas formam a base da cadeia alimentar (atuam como produtores primários) nesses ecossistemas.

Algumas bactérias têm relações simbióticas (mutuamente benéficas) com outros organismos, vivendo dentro deles e lhes fornecendo nutrientes.

As seguintes afirmações sobre as estratégias metabólicas das bactérias são verdadeiras:

	Verdadeiro	Falso
Algumas bactérias realizam fotossíntese e produzem oxigênio, semelhante às plantas.
Bactérias são sempre autótrofas, mas elas podem obter energia ou da luz ou de fontes químicas.
Algumas bactérias quimiossintetizantes introduzem energia e carbono fixado em comunidades onde a fotossíntese não é possível (por exemplo, fontes no fundo do mar).
Algumas bactérias vivem simbioticamente dentro de organismos hospedeiros e fornecem nutrientes ao hospedeiro.

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leandrodanielp123
Publicado há há 5 anos. Link direto para a postagem “Qual é a relação entre a ...” de leandrodanielp123
Qual é a relação entre a fotossíntese e o surgimento dos procariotos?
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- Lorena10morais
  Publicado há há 4 anos. Link direto para a postagem “De acordo com a TEORIA HE...” de Lorena10morais
  De acordo com a TEORIA HETEROTRÓFICA, as primeiras células que surgiram foram os PROCARIOTOS ANAERÓBIOS HETEROTRÓFICOS que consumiam os compostos orgânicos do meio, tais compostos eram limitados! Com o esgotamento desse recurso, juntamente com mutações que ocorreram nos procariotos, surgiram os PROCARIOTOS ANAERÓBIOS AUTOTRÓFICOS que adquiriram a capacidade de sintetizar seu próprio alimento, realizando para tal, a fotossíntese!
  A partir desse evento muitas modificações ocorreram na atmosfera primitiva, por exemplo, acumulo de Oxigênio e surgimento dos HETEROTRÓFICOS, etc...
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Matheus Klinsmann de Sousa Donato
Publicado há há 7 meses. Link direto para a postagem “Excelente artigo! Boa Lei...” de Matheus Klinsmann de Sousa Donato
Excelente artigo!
Boa Leitura.
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