Crescimento microbiano

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O ciclo entre autótrofos e heterótrofos.

Existem vários tipos de crescimento microbiano .

Conteúdo

Autotróficos

Autotróficos são organismos que são capazes de obter todos oscarbonorequerido de dióxido de carbono (COdois), a principal forma inorgânica de carbono utilizável emterra. Autótrofos podem obter sua energia declaro( fototróficos ) ou de reações químicas ( quimiotróficos ); os últimos são quase sempre litotróficos .

Os autótrofos mais familiares são osoxigênio- liberação de fotossintetizadores:plantas, algas ecianobactéria, mas muitos outrosprocariontestambém são autotróficas, sendo não apenas fototróficas como as plantas, mas também quimiotróficas.

Há uma variedade de métodos de fixação de carbono usados ​​para obter dióxido de carbono; alguns comuns são:

  • Ciclo de Calvin-Benson (cianobactérias /cloroplastos), fotossintético roxobactérias(proteobactérias), etc.
  • ciclo redutivo de Krebs (Clorobio, etc.)
  • via redutiva de acetil-CoA (bactérias verdes sem enxofre comoCloroflexo)
  • aproveitando as reações de metanogênese (metanogênios)

Fototrófico

Fototróficos sãoorganismoscuja fonte de energia é a luz solar; esses organismos praticam a fotossíntese. Os fototróficos mais familiares incluem os liberadores de oxigênio: plantas, algas e cianobactérias. Estas e outras, como a bactéria sulfurosa roxa (Chromatiaceae), são autotrófico , mas existem algumas, como a bactéria roxa sem enxofre (Rhodospirillaceae), que são heterotrófico .

Os mecanismos fotossintéticos variam. A grande maioria dos fototróficos usa complexos de clorofila-carotenóide-proteína ou 'fotossistemas' para capturar a luz. Cianobactérias ecloroplastostemos dois deles, que operam em série, enquanto outros fotossintéticosbactériastem apenas um. Halobactérias (algumas arquéias que estão intimamente relacionadas aos metanógenos) usam a bacteriorodopsina, um pigmento avermelhado relacionado ao pigmento visual rodopsina de vertebrados.



A fotossíntese é umquímicoreação (ou mais precisamente, uma cadeia de reações químicas) que ocorre em verdeplantas, alguns protistas (por exemplo, algas) e algunsprocariontes(por exemplo, cianobactérias). A fotossíntese produz glicose, um carboidrato que pode ser decomposto para liberar energia (respiração), ou usado para sintetizar outrosmoléculas, Incluindolipídios(gorduras e óleos) eproteínas. A fotossíntese é, portanto, crucial para todas as coisas vivas (exceto alguns procariontes que podem sintetizar moléculas usando energia de coisas como respiradouros vulcânicos subaquáticos), seja diretamente (plantas) ou indiretamente (animais,fungos)

Os reagentes (entradas) da fotossíntese são agua e dióxido de carbono, e a reação é alimentada por energia da luz. A fotossíntese pode, portanto, ser simplificada para a seguinte reação:

Dióxido de carbono (6 x COdois) + Água (6 x HdoisO) +fótons→ Glicose (C6H12OU6) + Oxigênio (6 x Odois)

Oxigênioo gás é liberado como um produto residual dessa reação. Essa reação é o inverso exato da reação de respiração simplificada.

A fotossíntese, no entanto, não é tão simples e, em vez disso, ocorre em uma reação em cadeia de várias etapas. Cada etapa deve ser catalisada por diferentesenzimas. Nas plantas, a fotossíntese ocorre em organelas chamadascloroplastos, e as etapas das reações são classificadas em 'reações dependentes da luz' e 'reações independentes da luz' (ou 'carbonoreações '). Foi demonstrado que o processo de fotossíntese explorafísica quânticapara aumentar sua eficiência.

Essas organelas contêm pigmentos, incluindoclorofila(o que torna as plantas verdes) e carotenídeos. Esses pigmentos são capazes de absorverluz solar, e a energia absorvida faz com que o pigmento perca umelétron(partícula subatômica portadora de energia).

Evolução

Um substancialliteraturana origem e evolução da fotossíntese desenvolveu-se recentemente. A conclusão dos especialistas é que a fotossíntese semelhante à usada pelas cianobactérias modernas se desenvolveu há pelo menos 3,5 bilhões de anos a partir de uma fase anterior de evolução sem oxigênio. Sua evolução provavelmente envolveu ambosgenetransferência entre organismos e um evento de duplicação resultando em dois fotossistemas vinculados.

Tomada dos criacionistas

Criacionistas alegarque o processo de fotossíntese não poderia ter evoluído, uma vez que é irredutivelmente complexo . Respostas em Gênesis levanta a questão: 'Por que a evolução produziria uma série de enzimas que geram apenas intermediários inúteis até que todas as enzimas necessárias para o produto final tenham evoluído?' Eles concluem: 'Desafia o bom senso imaginar que a complexidade irredutível dos sistemas fotossintéticos teria surgido de acordo com a teoria da evolução. Em vez disso, a incrível organização e complexidade evidente na fotossíntese - um processo que o homem ainda não entendeu totalmente, quanto mais copiar - grita por ter sido projetado.

Respostas em Gênesis também desafia o evento de duplicação de genes na evolução da fotossíntese com o fundamento de que não adiciona 'em formação. ' Eles observam, 'É então proposto que uma' duplicação simples 'dos ​​genes que codificam um fotossistema ocorreu, seguido por mutação levando à formação de outro fotossistema. O que é necessário são novas informações para formar outro fotossistema, não a duplicação de genes já presentes seguida por mutação. '

Quimotróficos

Quimiotróficos são organismos que obtêm energia pela oxidação de doadores de elétrons em seus ambientes. Esses organismos são divididos em:

Litotróficos

Litotróficos são um grupo diversificado de organismos que usam substrato inorgânico (geralmente de origem mineral) para obter equivalentes redutores para uso em biossíntese (como fixação de dióxido de carbono) ou energia (comoATPprodução) via respiração aeróbia ou anaeróbia.

Organotróficos

Organotróficos sãoorganismosque obtém sua energia de compostos orgânicos, geralmente consumindo ou quebrando outros organismos. Quase todos os organotróficos também sãoheterótrofos, o que significa que eles também obtêm seu carbono dessa fonte. Organotróficos incluem todosanimaisefungos, e muitosbactériase protistas .

A extração de energia dos organotróficos pode ser anaeróbica (fermentação) ou aeróbica. O metabolismo anaeróbico envolve o rearranjo de moléculas orgânicas, como:

Açúcares -> Lactato
Açúcares -> Etanol + COdois

Em contraste, o metabolismo aeróbico envolve a transferência de elétrons de compostos orgânicos para algum oxidante (aceptor de elétrons) como moléculas de oxigênio, nitrato ou sulfato. O carbono é liberado como dióxido de carbono, hidrogênio como água, etc.

No metabolismo energético dos organismos aeróbicos, quase todas as etapas são anaeróbicas. A combinação com oxigênio é a última etapa, e aparentemente foi desenvolvida ou transferida várias vezes entreprocariontes.Eucariotosusarmitocôndriapara metabolismo aeróbio; o resto da célula é anaeróbico.

Não surpreendentemente, alguns organismos são anaeróbios facultativos, sendo capazes de alternar entre o metabolismo aeróbio e anaeróbio conforme o oxigênio disponível varia. Isso os distingue dos anaeróbios e aeróbios obrigatórios, que estão comprometidos com o não uso ou uso de oxigênio, respectivamente.

Essas considerações sugerem que o metabolismo anaeróbico era a forma original e que o metabolismo aeróbio foi adicionado posteriormente, o que é consistente com a existência de vida na Terra antes que sua atmosfera se tornasse significativamente oxigenada.

Heterotróficos

PARA heterotrofo é umorganismoque obtém seu carbono de compostos orgânicos, geralmente consumindo ou quebrando outros organismos. Muitos heterótrofos também sãoorganotróficos, o que significa que eles também obtêm sua energia de compostos orgânicos. Isso inclui todosanimaisefungos, e muitosbactériase protistas .

Monotropastrum humile, um myco-heterotroph.

Algumas plantas parasitas não fotossintetizantes, conhecidas como myco-heterotrophs são heterotróficos, mas não organotróficos. A mico-heterotrofia evoluiu várias vezes em diferentes famílias de plantas. Essas plantas obtêm carbono de fungos do solo.

Curiosamente, existem bactérias fotossintéticas que são heterotróficas, notadamente as bactérias roxas sem enxofre (Rhodospirillaceae).

Os organismos têm uma ampla gama de graus de heterotrofia. Muitas bactérias, como as pseudomonas, podem usar qualquer um de uma variedade de compostos orgânicos como sua única fonte de carbono, enquanto no extremo oposto, intracelularsimbiontese os parasitas são freqüentemente tão dependentes de suas células hospedeiras para nutrição que são muito difíceis de crescer em condições de laboratório.

O reino animal é um tanto intermediário, compartilhando a necessidade de consumir uma variedade de biomoléculas, mas ainda capaz de fazer muitas outras. O essencial'aminoácidos(EAAs), familiares da nutrição humana como aqueles que não podem ser produzidos pelo nosso corpo e, portanto, devem ser consumidos, são uma necessidade nutricional em todo o reino animal. Da mesma forma, as vitaminas B sãoenzimacofatores que devem ser consumidos, e pelo mesmo motivo.

No entanto, muitos animais têm soluções alternativas que os permitem sobreviver com dietas que são pobres em EAAs e vitaminas. Um comum são os simbiontes intestinais, presentes em muitos vertebrados terrestres e cupins. Os ruminantes têm estômagos extras antes do estômago normal dos vertebrados, com o primeiro se tornando um tanque de fermentação para a grama e as folhas que comem. Uma solução mais comum entre os vertebrados terrestres, no entanto, é fazer uma bolsa na parte de trás do intestino para esse fim, o ceco. Também são usados ​​simbiontes intracelulares, comoBuchnerabactérias em pulgões. Esses insetos consomem a seiva da planta, que é nutricionalmente muito limitada; as bactérias fornecem o que os próprios pulgões não podem. Sequenciando a bactériagenomarevela que emboraBuchneraestá intimamente relacionado com bactérias entéricas comoEscherichia coli, ele só tem enzimas de biossíntese para o que seus hospedeiros não podem produzir, como os aminoácidos 'essenciais'.

O grau de heterotrofia está correlacionado com o tipo de nutrição. A heterotrofia mais fraca é encontrada em organismos em decomposição, que vivem no solo, no conteúdo do intestino, em decomposição de organismos mortos, etc .; esses organismos não podem se dar ao luxo de ser muito exigentes. É mais forte em organismos que consomem outros organismos, porque esses outros podem ter biomoléculas prontas, embora sejam quebradas em pequenas antes de serem absorvidas. E é mais forte em organismos intracelulares, porque eles podem adquirir a gama completa de biomoléculas de seus hospedeiros.

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