6.10: Quimiótrofos
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Los organismos que no son fototróficos capturan energía de otras fuentes, específicamente transformando moléculas termodinámicamente inestables en especies más estables. Dichos organismos son conocidos genéricamente como quimiótrofos. Se pueden dividir en varios grupos, dependiendo de los tipos de moléculas de alimentos (fuentes de energía) que utilicen: estos incluyen organótrofos, que utilizan moléculas que contienen carbono (usted mismo es un organótrofo) y litotrofos o comedores de rocas, que utilizan diversas moléculas inorgánicas. En el caso de organismos que pueden “comer” H 2, los electrones resultantes se entregan, junto con los iones H + acompañantes, al CO 2 para formar metano (CH 4) después de la reacción:
CO 2 + 4H 2 CH 4 + 2H 2 O.
Dichos organismos son referidos como metanógenos (productores de metano) 181. En el mundo moderno los metanógenos (típicamente arqueas) se encuentran en ambientes con bajos niveles de O2, como el intestino. En muchos casos las reacciones de este tipo solo pueden ocurrir en ausencia de O2. De hecho, el O2 es tan reactivo, que puede pensarse como un veneno, particularmente para organismos que no pueden “desintoxicarlo” activamente. Cuando pensamos en los orígenes y posterior evolución de la vida, tenemos que considerar cómo los organismos que originalmente surgieron en ausencia de O2 molecular adaptados como niveles significativos de O2 comenzaron a aparecer en su entorno. Se asume comúnmente que los modernos anaerobios estrictos obligados aún pueden tener características comunes a los primeros organismos.
La cantidad de energía que un organismo puede capturar está determinada por la energía de los electrones que los aceptores de electrones que emplean pueden aceptar. Si solo se pueden capturar electrones con altas cantidades de energía, que suele ser el caso, entonces inevitablemente se dejan atrás grandes cantidades de energía. Por otro lado, cuanto menor sea la cantidad de energía que un aceptor de electrones puede aceptar, más energía se puede extraer y capturar de las moléculas originales de “alimento” y menos energía queda atrás. El oxígeno molecular es único en su capacidad para aceptar electrones de baja energía. Por ejemplo, consideremos un organótrofo que come carbohidratos (moléculas de la composición general [C 6 H 10 O 5] n), una clase de moléculas que incluye azúcares, almidones y madera, un proceso conocido como glucólisis, de las palabras griegas que significan dulce (glyco) y división (lisis). A falta de O 2, es decir en condiciones anaeróbicas, el producto final de la descomposición de un carbohidrato deja ~ 94% de la cantidad teórica de energía presente en la molécula de carbohidrato original permaneciendo en moléculas que no pueden ser descompuestas aún más, al menos por la mayoría de los organismos. Se trata de moléculas como el etanol (C 2 H 6 O). Sin embargo, cuando el O 2 está presente, los carbohidratos se pueden descomponer más completamente en CO 2 y H 2 O, un proceso conocido como respriración. En dicho O2 usando organismos (aeróbicos), la energía liberada por la formación de CO 2 y H 2 O se almacena en electrones energéticos y se utiliza para generar un gradiente electroquímico basado en H + asociado a membrana que a su vez impulsa la síntesis de ATP, a través de un ATP basado en membrana sintasa. En un ambiente que contiene oxígeno molecular, los organismos que pueden usar O2 como aceptor de electrones tienen una clara ventaja; en lugar de secretar moléculas ricas en energía, como el etanol, liberan las moléculas pobres en energía (estables) CO2 y H2O.
No importa cómo las células (y los organismos) capturen energía, para mantenerse y crecer, deben hacer una amplia gama de diversas moléculas complejas. Comprender cómo se sintetizan estas moléculas se encuentra dentro del ámbito de la bioquímica. Dicho esto, en cada caso, las moléculas termodinámicamente inestables (como lípidos, proteínas y ácidos nucleicos) se construyen a través de series de reacciones acopladas que dependen de la captura de energía de la luz o la descomposición de las moléculas de los alimentos.