Autotrofia
Che cosa si intende per autotrofia?
L'autotrofia (dal greco, αὐτός = "stesso" e τροφή = "nutrimento") è la condizione di un organismo in grado usare il carbonio inorganico sotto forma di CO2 (anidride carbonica) per la sintesi dei composti organici indispensabili alla sopravvivenza delle cellule.
Il processo attraverso il quale l'anidride carbonica viene usata come fonte di carbonio per la sintesi di composti organici si chiama fissazione del carbonio, che prevede una serie di reazioni in cui gli atomi di carbonio provenienti dalla CO2 vengono progressivamente ridotti.
Nella maggior parte degli organismi viventi la fissazione della CO2 avviene attraverso il ciclo di Calvin, ma alcuni batteri usano delle vie metaboliche alternative.
A seconda della fonte energetica usata nei processi biosintetici, si distinguono organismi autotrofi fotosintetici o fotoautotrofi, che utilizzano la luce solare, e organismi autotrofi chemiosintetici o chemoautotrofi, che sfruttano l'energia liberata dall'ossidazione dei composti inorganici.
Classificazione degli organismi autotrofi.
Organismi autotrofi fotosintetici
Gli organismi autotrofi fotosintetici o fotoautotrofi sfruttano la luce solare come fonte di energia per la sintesi delle biomolecole, usando come fonte di carbonio l'anidride carbonica.
Esistono anche organismi, tutti procarioti, fotoeterotrofi. Essi utilizzano la luce solare come fonte di energia, ma composti organici come fonte di carbonio.
Sono fotoautotrofi le alghe, le piante e diverse specie di batteri, come i cianobatteri, i batteri purpurei, i batteri verdi sulfurei e non sulfurei.
Il processo attraverso il quale l'energia luminosa viene convertita in energia chimica si chiama fotosintesi e richiede la presenza nelle cellule di pigmenti sensibili alla luce, le clorofille e le batterioclorofille (nei batteri fototrofi che non liberano ossigeno), e pigmenti accessori come carotenoidi e ficobiline.
Il processo si svolge direttamente nel citoplasma negli organismi procariotici, nei cloroplasti in quelli eucariotici.
La fotosintesi può essere ossigenica (in piante, alghe e cianobatteri) se viene utilizzata acqua come fonte di elettroni per la riduzione della CO2 nei composti organici, liberando così ossigeno, anossigenica se i donatori di elettroni sono altri composti, come i composti dello zolfo (H2S, S0, S2O32−) presenti nell'habitat naturale di alcuni batteri.
Nei fototrofi ossigenici l'energia solare serve alla produzione di ATP e alla fotolisi dell'acqua con liberazione di O2. Gli elettroni liberati dalla fotolisi dell'acqua portano alla formazione NADH o NADPH, usati insieme all'ATP nelle reazioni di fissazione della CO2 in composti organici, indicati con (CH2O)n.
Nei fototrofi anossigenici la luce solare serve solo alla produzione di ATP. Composti ridotti presenti nell'habitat naturale di alcuni batteri costituiscono la fonte di elettroni per la formazione di NADH o NADPH.
Organismi autotrofi chemiosintetici
Gli organismi autotrofi chemiosintetici o chemoautotrofi sono tutti procarioti. Sono anche chiamati autotrofi litotrofi o chemolitotrofi, dove il termine “litotrofi” indica l'ossidazione di composti inorganici per ricavare l'energia indispensabile alla fissazione della CO2.
I composti inorganici sono anche donatori di elettroni e provengono da diverse fonti.
L'attività vulcanica rappresenta una fonte di composti ridotti dello zolfo, come H2S (acido solfidrico) o S0 (zolfo elementare), usati dai solfobatteri.
Composti dell'azoto (NH3, NO2−) e il ferro ferroso (Fe2+) usato dai ferrobatteri possono provenire dall'agricoltura, dall'estrazione di materie minerarie, dai combustibili fossili e da scarti industriali.
Dall'attività biologica possono derivare H2S, H2 e NH3. I batteri che utilizzano ammoniaca (NH3) e nitriti (NO2−) come fonti di elettroni sono detti batteri nitrificanti, ampiamente distribuiti nel suolo e nelle acque.
In particolare, i batteri nitrosanti (a cui appartiene il genere Nitrosomonas) ossidano l'ammoniaca a nitriti, mentre i batteri del genere Nitrobacter ossidano i nitriti a nitrati (NO3−).
Metabolismo degli organismi chemoautotrofi. Vari composti inorganici ridotti sono ossidati per fornire l'energia indispensabile alla sintesi di ATP e per la formazione di NADH. L'accettore di elettroni è in genere O2, con formazione di acqua e di composti come quelli riportati in figura (S0, NO2−, NO3−, SO42−).
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