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Metabolismo procariota

Come tutti gli esseri viventi, i procarioti hanno bisogno di energia e carbonio. Soddisfano questi bisogni in una varietà di modi. Infatti, i procarioti hanno quasi tutti i tipi possibili di metabolismo. Possono ottenere energia dalla luce (foto) o da composti chimici (chemio). Possono ottenere carbonio dall’anidride carbonica (autotrofi) o da altri esseri viventi (eterotrofi). La maggior parte dei procarioti sono chemioterotrofi. Dipendono da altri organismi sia per l’energia che per il carbonio. Molti scompongono i rifiuti organici e i resti di organismi morti. Svolgono ruoli vitali come decompositori e aiutano a riciclare il carbonio e l’azoto. I fotoautotrofi sono importanti produttori. Sono particolarmente importanti negli ecosistemi acquatici.

Classificazione dei procarioti basata sul metabolismo

Due principali esigenze nutrizionali possono essere usate per raggruppare i procarioti. Questi sono (1) il metabolismo del carbonio, la loro fonte di carbonio per costruire molecole organiche all’interno delle cellule, e (2) il metabolismo energetico, la loro fonte di energia utilizzata per la crescita.

In termini di metabolismo del carbonio, i procarioti sono classificati come eterotrofi o autotrofi:

• Gli organismi eterotrofi usano composti organici, di solito da altri organismi, come fonti di carbonio.
• Gli organismi autotrofi usano l’anidride carbonica (CO2) come unica fonte o come principale fonte di carbonio. Molti batteri autotrofi sono fotosintetici e ottengono il loro carbonio dall’anidride carbonica nell’atmosfera. Questo processo di catturare il carbonio inorganico e convertirlo in molecole di zucchero organico è noto come fissazione del carbonio.

Il metabolismo energetico nei procarioti è classificato come uno dei seguenti:

• Gli organismi fototrofi catturano l’energia luminosa dal sole e la convertono in energia chimica all’interno delle loro cellule.
• Gli organismi chemotrofi scompongono molecole organiche o inorganiche per fornire energia alla cella. Alcuni organismi chemotrofi possono anche usare le loro molecole organiche che forniscono energia come fonte di carbonio, il che li renderebbe chemoeterotrofi.

Gli organismi sono poi classificati come segue:

• I fotoeterotrofi sono organismi che catturano l’energia luminosa per convertirla in energia chimica nelle cellule, ma ottengono carbonio da fonti organiche (altri organismi). Esempi sono i batteri viola non solforati, i batteri verdi non solforati e gli eliobatteri.
• I chemioterotrofi sono organismi che ottengono la loro fonte di energia e di carbonio da fonti organiche. I chemioterotrofi devono consumare blocchi di costruzione organici che non sono in grado di produrre da soli. La maggior parte ottiene la propria energia da molecole organiche come gli zuccheri. Questa modalità nutrizionale è molto comune tra gli eucarioti, compresi gli esseri umani.
• I fotoautotrofi sono cellule che catturano l’energia luminosa e usano l’anidride carbonica come fonte di carbonio. Ci sono molti procarioti fotoautotrofi, che includono i cianobatteri. I procarioti fotoautotrofi usano composti simili a quelli delle piante per catturare l’energia luminosa.
• I chemioautotrofi sono cellule che scompongono molecole inorganiche per fornire energia alla cellula, e usano l’anidride carbonica come fonte di carbonio. I chemioautotrofi includono procarioti che scompongono il solfuro di idrogeno (H2S, il gas dall’odore di “uovo marcio”) e l’ammoniaca (NH4). Nitrosomonas, una specie di batterio del suolo, ossida NH4+ in nitrito (NO2-). Questa reazione rilascia energia che i batteri utilizzano. Molti chemioautotrofi vivono anche in ambienti estremi come le bocche di mare profonde (estremofili).

Figura 1. Questo diagramma di flusso aiuta a determinare se una specie è un autotrofo o un eterotrofo, un fototrofo o un chemiotrofo. Per esempio, “Ottenere carbonio altrove?” chiede se la fonte di carbonio è un altro organismo. Se la risposta è “sì”, l’organismo è eterotrofo. Se la risposta è “no”, l’organismo è autotrofo.

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