Chimiosynthèse : définition, phases et différence avec photosynthèse

La chimiosynthèse est un processus biologique anabolique, c'est-à-dire qu'elle fabrique des molécules à partir de composés chimiques simples pour former des molécules plus complexes. Si l'on considère le mot chimiosynthèse, on peut facilement comprendre qu'il s'agit d'un processus de synthèse de composés chimiques. Dans ce processus, des molécules riches en carbone sont utilisées avec l'oxydation de composés inorganiques pour produire de la matière organique. Il s'agit d'un processus métabolique, c'est-à-dire qu'il est nécessaire à la survie de l'organisme, à la fois pour fabriquer des molécules et pour obtenir de l'énergie.

En clair, dans la chimiosynthèse, les molécules inorganiques sont transformées en molécules organiques, pour être intégrées dans le métabolisme.

La chimiosynthèse se déroule en deux phases, les voici :

Phase I : Obtention d'énergie

C'est la première étape de la chimiosynthèse, au cours de laquelle l'ATP, la molécule d'énergie, est générée.

Cela se fait par l'oxydation de composés inorganiques, c'est-à-dire de composés qui ne contiennent pas de carbone et qui sont présents dans l'environnement de l'organisme. Il s'agit notamment du soufre, du méthane, du fer ferreux, de l'ammoniac, de l'hydrogène ou des nitrites. Le processus d'oxydation implique que ces molécules perdent des électrons qui entrent dans la chaîne de transport d'électrons, où l'ATP est généré. Au cours de cette étape, le composé inorganique sera transformé.

Phase II : fixation du CO2

C'est la deuxième partie de la chimiosynthèse. Ici, l'énergie obtenue est utilisée pour transformer les substances inorganiques. C'est à ce moment que le CO2 ou le méthane, qui sont les sources de carbone, sont fixés à la matière organique par le cycle de Calvin. Le résultat sera la transformation en hydrates de carbone et en acides aminés, nécessaires à la survie des organismes chimiosynthétiques.

D'une manière générale, ces organismes sont regroupés avec certaines bactéries et algues, et beaucoup d'entre eux vivent dans des environnements extrêmes. Voici quelques exemples d'organismes chimiosynthétiques :

Bactéries hydrogènes

Ce sont celles qui oxydent les composés d'hydrogène. Elles utilisent l'hydrogène moléculaire (H₂) comme source d'énergie, qui réagit avec l'oxygène pour former de l'eau. Cette réaction libère de l'énergie qui est exploitée pour la synthèse de composés organiques essentiels. On les trouve dans des environnements à faible concentration en oxygène et en présence de gaz, tels que les sources souterraines ou les sédiments marins profonds.

Bactéries soufrées

Il s'agit d'organismes qui oxydent les composés soufrés, souvent issus de la décomposition de la matière organique. Ces composés, associés au CO2, forment des hydrates de carbone et du soufre, ce dernier étant utilisé par les bactéries pour remplir leurs fonctions de base.

On les trouve fréquemment dans les eaux de rejet à l'arôme caractéristique de soufre, ainsi que dans les cheminées hydrothermales des fonds marins ou dans les accumulations de boue.

Un exemple est celui des bactéries symbiotiques qui vivent dans le ver tubulaire géant (Riftia pachyptila), qui vit dans les cheminées hydrothermales océaniques, où la lumière n'arrive pas et où la température est extrêmement élevée. Ces bactéries utilisent le sulfure d'hydrogène des cheminées hydrothermales comme source d'énergie et produisent, par chimiosynthèse, outre les glucides et les acides aminés dont elles ont besoin pour survivre, du soufre en tant que sous-produit. Ces bactéries facilitent le processus d'obtention de la matière organique afin que le ver tubicole géant puisse l'utiliser pour survivre.

Bactéries nitrifiantes

Ce sont des bactéries qui oxydent l'ammoniac, d'abord en nitrites, puis en nitrates, qui sont extrêmement importants pour la croissance des plantes. Par exemple, ces composés azotés aident les légumineuses à produire des protéines.

Les espèces de bactéries nitrifiantes sont par exemple Nitrobacter spp. et Nitrosomonas spp.

Bactéries ferreuses

Elles oxydent l'oxyde ferreux en oxyde ferrique, par exemple Leptospirillum ferrooxidans. Comme sous-produit, elles forment de l'oxyde ferrique, connu sous le nom de rouille. Elles contribuent à la détérioration des canalisations et peuvent être identifiées par une odeur de pourriture.

La photosynthèse et la chimiosynthèse sont toutes deux des processus anaboliques par lesquels un organisme produit sa propre énergie, mais la différence entre les deux est que la photosynthèse utilise l'énergie lumineuse pour générer de l'énergie, tandis que la chimiosynthèse utilise l'énergie chimique à cette fin.

La chimiosynthèse est le premier type de métabolisme qui a existé sur terre. Sans ce processus, la vie telle que nous la connaissons n'existerait pas.

Elle est importante au niveau de l'écosystème car elle utilise les substances réduites que les organismes vivants hétérotrophes émettent comme déchets pour réaliser leur processus de métabolisation. Cela signifie qu'ils recyclent les composés inorganiques et ferment le cycle qui soutient d'autres organismes vivants. Par exemple, les bactéries nitrifiantes transforment l'ammoniac provenant des carcasses d'animaux en nitrates utiles aux plantes. Elles contribuent également à maintenir le cycle de l'azote et de l'hydrogène, tous deux indispensables à la vie.

D'autre part, elles peuvent améliorer les conditions environnementales. Par exemple, certaines bactéries nitrifient le sol, rendant cet élément biodisponible pour les plantes.

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