Fázy chemosyntézy, organizmy, rozdiely s fotosyntézou

Ten chemosyntéza Je to charakteristický biologický proces určitých autotrofických organizmov, ktorý využíva chemickú energiu na premenu anorganických látok na organické látky. Líši sa od fotosyntézy, v ktorej títo používa energiu zo slnečného žiarenia.

Organizmy schopné vykonávať chemosyntézu sú všeobecne prokaryoty, ako sú baktérie a iné mikroorganizmy, ako sú oblúky, ktoré extrahujú energiu z reakcií, ktoré zahŕňajú oxidáciu veľmi malých zlúčenín.

Fotografie od Riftia Pachyptila, chemosyntetického organizmu (zdroj: NOA Okeanos Explorer Program, Rift Expedition 2011 [Public Domain] prostredníctvom Wikimedia Commons)

Najbežnejšími príkladmi chemických baktérií sú nitrifikujúce baktérie, ktoré oxidujú amónny na produkciu oxidu dusičného, ​​ako aj baktérie síry, schopné oxidovať kyselinu sírovú, síru a iné zlúčeniny síry a iné zlúčeniny síry.

[TOC]

Pôvod konceptu

Mikrobiológ Sergei Winogradsky v roku 1890 bol prvým vedcom, ktorý hovoril o možnej existencii chemických procesov, pretože predpokladal, že by mal existovať proces podobný procesu fotosyntézy, ktorý použil zdroj energie odlišnej od slnečného svetla až po slnečné svetlo.

Pojem „chemosyntéza“ však vytvoril v roku 1897 Pfeffer. Winogradskyho teórie boli preukázané v roku 1977 počas expedície, ktorú vytvorila ponorka „Alvin“ smerom k hlbokým vodám oceánu, okolo Galapágových ostrovov.

V tejto expedícii vedci na palube ponorky objavili bakteriálne ekosystémy, ktoré existujú v prítomnosti anorganických látok a ďalších v symbióze s niektorými morskými zvieratami bezstavovcov.

V súčasnosti sú rôzne chemosyntetické ekosystémy známe na celom svete, najmä spojené s morským a oceánskym prostredím av menšej miere s pozemskými ekosystémami. V týchto prostrediach predstavujú chemosyntetické mikroorganizmy dôležitých primárnych výrobcov organických látok.

Fáza

Chemosyntéza sa vyskytuje takmer vždy na rozhraní stredne aeróbnych a anaeróbnych prostredí, kde sa koncentrujú konečné produkty anaeróbneho rozkladu a veľké množstvo kyslíka.

Rovnako ako fotosyntéza, chemosyntéza má dobre definované fázy: oxidačný a biosyntetický. Prvý používa anorganické zlúčeniny a počas druhej organickej hmoty.

Oxidačná fáza

Počas tejto prvej fázy a v závislosti od typu zvažovaného organizmu, rôzne typy redukovaných anorganických zlúčenín, ako je amoniak, síra a jej deriváty, železo, niektoré deriváty dusíka, vodíka atď.

V tejto fáze oxidácia týchto zlúčenín uvoľňuje energiu, ktorá sa využíva na fosforyláciu ADP, tvoriaca ATP, jednu z hlavných energetických mien živých bytostí a navyše sa znižuje energia vo forme molekuly NADH.

Môže vám slúžiť: Jalisco's Flora a Fauna: Reprezentatívne druhy

Zvláštnosť chemosyntetického procesu musí robiť, s ktorou časťou generovanej časti ATP sa používa na pohon spätného prenosu elektrónového reťazca, aby sa získalo viac redukčných činidiel vo forme NADH.

Stručne povedané, táto fáza pozostáva z tvorby ATP z oxidácie vhodných darcov elektrónov, ktorých biologicky užitočná energia sa používa vo fáze biosyntézy.

Fáza biosyntézy

Biosyntéza organických látok (sýtené zlúčeniny) sa vyskytuje vďaka použitiu energie obsiahnutej vo vysokoenergetických väzbách ATP a redukčnej energie uloženej v molekulách NADH.

Táto druhá fáza chemosyntézy je „homológna“, ku ktorej sa vyskytuje počas fotosyntézy, pretože fixácia atómov uhlíka je uvedená v organických molekulách.

V tom istom, oxid uhličitý (CO2) je fixovaný vo forme organických uhlíkov, zatiaľ čo ATP sa stáva ADP a anorganický fosfát.

Chemosyntetické organizmy

Existujú rôzne typy chemosyntetických mikroorganizmov, sú niektorí lekári a iní povinní. To znamená, že niektoré závisia výlučne od chemosyntézy na získanie energie a organických látok a iní to robia, ak ich prostredie podmieňuje.

Chemosyntetické mikroorganizmy sa príliš nelíšia od iných mikroorganizmov, pretože tiež získavajú energiu z procesov elektrónového transportu, kde sú zapojené molekuly, ako sú flaviny, chinóny a cytochrómy.

Z tejto energie sú schopní syntetizovať bunkové komponenty z cukrov, ktoré sú vnútorne syntetizované vďaka redukčnej asimilácii oxidu uhličitého.

Niektorí autori sa domnievajú, že chemosyntetické organizmy sa dajú rozdeliť na chemio-organoautotrofy a chemioaautotrofy podľa typu zlúčeniny, z ktorej extrahujú energiu, ktorá môže byť organická alebo anorganická.

Pokiaľ ide o prokaryoty, väčšina chemosyntetických organizmov sú gramnegatívne baktérie, zvyčajne žánru Pseudomonas a ďalšie súvisiace. Medzi nimi patrí:

- Nitrifikujúce baktérie.

- Baktérie schopné oxidovať zlúčeniny síry a síry (Bakteriálna síra).

- Baktérie schopné oxidovať vodík (Vodíkové baktérie).

- Baktérie schopné oxidovať železo (Železné baktérie).

Chemosyntetické mikroorganizmy využívajú druh energie, ktorá by sa stratila v systéme biosféry. Tieto predstavujú veľkú časť biodiverzity a hustoty populácie mnohých ekosystémov, kde je zavedenie organických látok veľmi obmedzené.

Môže vám slúžiť: Intra -špecifická konkurencia: Charakteristiky, typy a príklady

Jeho klasifikácia súvisí so zlúčeninami, ktoré sú schopné používať darcov elektrónov.

Nitrifikujúce baktérie

V roku 1890 ich objavili Winogradsky a niektoré z žánrov opísaných doteraz formy agregáty, ktoré sú obklopené rovnakou membránou. Sú bežne izolované z pozemského prostredia.

Nitrifikácia znamená oxidáciu amónneho (NH4) na dusitany (NO2-) a dusitany (NO2-) na dusičnany (NO3-). Dve skupiny baktérií, ktoré sa zúčastňujú na tomto procese, často koexistujú v rovnakom prostredí, aby využili výhody oboch typov zlúčenín, využívajú CO2 ako zdroj uhlíka.

Baktérie schopné oxidačnej síry a zlúčenín síry

Sú to baktérie schopné oxidovať anorganické zlúčeniny síry a ukladať síru vo vnútri bunky v špecifických kompartmentoch. V rámci tejto skupiny sú klasifikované niektoré vláknité a nečlenské baktérie rôznych žánrov voliteľných a povinných baktérií.

Tieto organizmy sú schopné používať zlúčeniny síry, ktoré sú pre väčšinu organizmov vysoko toxické.

Zlúčenina najčastejšie používaná v tomto type baktérií je plyn H2S (kyselina sírová). Môžu však tiež používať základnú síru, tiosíranty, politikov, sulfidy kovov a ďalšie molekuly, ako sú darcovia elektrónov.

Niektoré z týchto baktérií si zaslúžia pH kyseliny na rast, takže sú známe ako acidofilné baktérie, zatiaľ čo iné to dokážu pri neutrálnom pH, bližšie k „normalizácii“.

Mnohé z týchto baktérií môžu tvoriť „postele“ alebo biofilmy v rôznych typoch prostredí, ale najmä v odtokoch banského priemyslu, v horúcich prameňoch síry a v oceánskych sedimentoch.

Zvyčajne sa nazývajú bezfarebné baktérie, pretože sa líšia od iných zelených a fialových baktérií, ktoré sú fotoautotrofiami, ktoré nemajú pigmenty žiadneho druhu, okrem toho, že nepotrebujú slnečné svetlo.

Baktérie schopné oxidovať vodík

V tejto skupine sú baktérie schopné pestovať v minerálnom médiu s atmosférami bohatými na vodík a kyslík a ktorých jediným uhlíkom je oxid uhličitý.

Tu sú gramne negatívne a gramne pozitívne baktérie, ktoré sú schopné rásť v heterotrofických podmienkach a ktoré môžu mať rôzne typy metabolizmov.

Vodík sa akumuluje z anaeróbneho prasknutia organických molekúl, ktoré sa dosahuje rôznymi fermentatívnymi baktériami. Tento prvok je dôležitým zdrojom chemosyntetických baktérií a oblúkov.

Mikroorganizmy, ktoré sú schopné ho používať ako darcu elektrónov, tak robia vďaka prítomnosti enzýmovej hydrogenázy spojenej s jej membránami, ako aj prítomnosti kyslíka ako elektronického akceptora.

Môže vám slúžiť: flóra a fauna Francúzska: hlavné druhy

Baktérie schopné oxidovať železo a mangán

Táto skupina baktérií je schopná využívať generovanú energiu oxidácie mangánu alebo železa v železnom stave do svojho železitého stavu. Zahŕňa tiež baktérie schopné rásť v prítomnosti tiosíratov, ako sú anorganickí darcovia vodíka.

Z ekologického hľadiska sú oxidujúce baktérie železa a horčíka dôležité pre environmentálnu detoxikáciu, pretože koncentrácia rozpustených toxických kovov klesá.

Symbiotické organizmy

Okrem baktérií voľného života existujú aj niektoré zvieratá bezstavovcov, ktoré obývajú nehostinné prostredie a ktoré sú spojené s určitými typmi chemických baktérií na prežitie.

Objav prvých symbionov sa vyskytol po štúdiu obrovskej červej trubice, Riftia pachyptila, chýba tráviaci trakt a získava životne dôležitú energiu z reakcií, ktoré robia baktérie, s ktorými je spojená.

Rozdiely s fotosyntézou

Najvýraznejšou charakteristikou chemosyntetických organizmov je to, že kombinujú schopnosť používať anorganické zlúčeniny na získanie energie a redukčného výkonu, ako aj účinne fixovať molekuly oxidu uhličitého. Niečo, čo sa môže stať pri úplnom neprítomnosti slnečného svetla.

Fotosyntéza vykonávajú rastliny, riasy a niektoré druhy baktérií a protozoa. Použite energiu zo slnečného svetla na pohon transformácie oxidu uhličitého a vody (fotolýze) na kyslík a uhľohydráty prostredníctvom výroby ATP a NADH.

Chemosyntéza, na druhej strane, využíva chemickú energiu uvoľňovanú z reakcií oxidu na nastavenie molekúl oxidu uhličitého a produkciu cukrov a vody vďaka získaniu energie vo forme ATP a redukčného výkonu.

Pri chemosyntéze, na rozdiel od fotosyntézy, nie sú zapojené žiadne pigmenty a žiadny kyslík sa nevyrába ako sekundárny produkt.

Odkazy

1. Dubilier, n., Bergin, c., & Lott, C. (2008). Symbiotická diverzita u morských zvierat: Umenie využívania chemosyntézy. Recenzie prírody mikrobiológia, 6(10), 725-740.
2. Engel, a. Siež. (2012). Chemoautotrofia. Encyklopédia jaskýň, (1997), 125-134.
3. Engager, e., Ross, f., & Bailey, D. (2009). Koncepty v biológii (13. ED.). McGraw-Hill.
4. Kinne, alebo. (1975). Morská ekológia. (Buď. Kinne, ed.), Vypočítať. Pobaviť. (2. vydanie., Zvuk. Ii). John Wiley & Sons. https: // doi.org/10.1145/973801.973803
5. Čítať, h. (1962). Iv. Podskupiny na energetiku chemosyntézy. Sympózium o autrofii.
6. Pace, m., & Lovett, G. (2013). Primárna výroba: Základ ekosystémov. V Základy ekosystémovej vedy (PP. 27-51). Elsevier Inc.