Chemosynthese (Deutsch)

Chemosynthesedefinition

Chemosynthese ist die Umwandlung von anorganischen kohlenstoffhaltigen Verbindungen in organische Stoffe wie Zucker und Aminosäuren. Die Chemosynthese verwendet Energie aus anorganischen Chemikalien, um diese Aufgabe zu erfüllen.

Die anorganische „Energiequelle“ ist normalerweise ein Molekül, das Elektronen wie Wasserstoffgas, Schwefelwasserstoff, Ammoniak oder Eisen (II) enthält. Wie die Photosynthese und Zellatmung verwendet die Chemosynthese eine Elektronentransportkette, um ATP zu synthetisieren.

Nachdem ihre Elektronen die Elektronentransportkette durchlaufen haben, wird die Chemikalie Die Kraftstoffquelle tritt in einer anderen Form auf. Schwefelwasserstoffgas wird beispielsweise in festen elementaren Schwefel plus Wasser umgewandelt.

Der Begriff „Chemosynthese“ stammt aus den Wurzelwörtern „chemo“ für „chemisch“ und “ Synthese „für“ zu machen. “ Seine Funktion ähnelt der der Photosynthese, bei der auch anorganische Stoffe in organische Stoffe umgewandelt werden. Dabei wird jedoch die Energie des Sonnenlichts anstelle der chemischen Energie verwendet.

Heute wird die Chemosynthese von Mikroben wie Bakterien und Bakterien verwendet Archaea. Da die Chemosynthese allein weniger effizient ist als die Photosynthese oder die Zellatmung, kann sie nicht zur Stromversorgung komplexer mehrzelliger Organismen verwendet werden.

Einige mehrzellige Organismen leben in symbiotischen Beziehungen zu chemosynthetischen Bakterien, was sie zu einer partiellen Energiequelle macht. Riesige Röhrenwürmer beherbergen beispielsweise chemosynthetische Bakterien, die sie mit Zucker und Aminosäuren versorgen.

Diese Röhrenwürmer sind jedoch teilweise von der Photosynthese abhängig, da sie Sauerstoff (ein Produkt von photosynthetischen Organismen) verwenden, um sie herzustellen Chemosynthese effizienter.

Chemosynthesegleichung

Es gibt viele verschiedene Möglichkeiten, um eine Chemosynthese zu erreichen. Die Gleichung für die Chemosynthese sieht je nach verwendeter chemischer Energiequelle unterschiedlich aus. Alle Gleichungen für die Chemosynthese umfassen jedoch typischerweise:

Reaktanten:

Produkte:

Eine häufig verwendete Beispielgleichung für die Chemosynthese zeigt die Umwandlung von Kohlendioxid in Zucker mit die Hilfe von Schwefelwasserstoffgas:

12H2S + 6CO2 → C6H12O6 (Zuckermolekül) + 6H2O + 12S

Diese Gleichung wird manchmal auf das einfachstmögliche Verhältnis der Inhaltsstoffe reduziert. Dies zeigt die relativen Anteile der einzelnen Bestandteile, die für die Reaktion erforderlich sind, obwohl nicht die gesamte Menge an Schwefelwasserstoff und Kohlendioxid erfasst wird, die zur Erzeugung eines einzelnen Zuckermoleküls erforderlich ist.

Die reduzierte Version sieht folgendermaßen aus:

2H2S + CO2 → CH2O (Zuckermolekül) + H2O + 2S

Funktion der Chemosynthese

Durch die Chemosynthese können Organismen leben, ohne die Energie des Sonnenlichts zu nutzen oder sich auf andere Organismen als Nahrung zu verlassen.

Wie bei der Chemosynthese können Lebewesen mehr aus sich selbst machen. Durch die Umwandlung anorganischer Moleküle in organische Moleküle verwandeln die Prozesse der Chemosynthese nicht lebende Materie in lebende Materie.

Heute wird sie von Mikroben verwendet, die in den tiefen Ozeanen leben, in die kein Sonnenlicht eindringt. Es wird aber auch von einigen Organismen verwendet, die in sonnigen Umgebungen leben, wie Eisenbakterien und einigen Bodenbakterien.

Einige Wissenschaftler glauben, dass die Chemosynthese von Lebensformen in sonnenlosen außerirdischen Umgebungen wie den Ozeanen verwendet werden könnte von Europa oder unterirdischen Umgebungen auf dem Mars.

Es wurde vorgeschlagen, dass die Chemosynthese tatsächlich die erste Form des Stoffwechsels auf der Erde gewesen sein könnte, wobei sich die Photosynthese und die Zellatmung später entwickelten, als die Lebensformen komplexer wurden. Wir werden vielleicht nie genau wissen, ob dies zutrifft, aber einige Wissenschaftler halten es für interessant zu prüfen, ob Sonnenlicht oder chemische Energie der erste Brennstoff für das Leben auf der Erde war.

Arten chemosynthetischer Bakterien

Schwefelbakterien

Die oben angegebene Beispielgleichung für die Chemosynthese zeigt Bakterien, die eine Schwefelverbindung als Energiequelle verwenden.

Die Bakterien in dieser Gleichung verbrauchen Schwefelwasserstoffgas (12H2S) und dann erzeugt festen, elementaren Schwefel als Abfallprodukt (12S).

Einige Bakterien, die Chemosynthese verwenden, verwenden anstelle von Schwefelwasserstoff elementaren Schwefel selbst oder komplexere Schwefelverbindungen als Brennstoffquellen.

Metallionenbakterien

Am häufigsten Bekannte Arten von Bakterien, die Metallionen für die Chemosynthese verwenden, sind Eisenbakterien.

Eisenbakterien können in eisenreichen Umgebungen tatsächlich ein Problem für Wassersysteme darstellen, da sie gelöste Metallionen in Boden und Wasser verbrauchen. und unlösliche Klumpen von rostartigem Eisen (III) produzieren, die Sanitärarmaturen verschmutzen und sogar verstopfen können.

Eisenbakterien sind jedoch nicht die einzigen Organismen, die Metallionen als Energiequelle für die Chemosynthese verwenden. Andere Arten von Bakterien verwenden Arsen, Mangan oder sogar Uran als Elektronenquellen für ihre Elektronentransportketten!

Stickstoffbakterien

Stickstoffbakterien sind alle Bakterien, die Stickstoffverbindungen in ihrem Stoffwechsel verwenden Prozess. Während alle diese Bakterien Elektronen aus Stickstoffverbindungen verwenden, um organische Verbindungen zu erzeugen, können sie je nach den von ihnen verwendeten Verbindungen sehr unterschiedliche Auswirkungen auf ihr Ökosystem haben.

Stickstoffbakterien können normalerweise in drei Klassen unterteilt werden:

1. Nitrifizierende Bakterien:

Nitrifizierende Bakterien wachsen in Böden, die Ammoniak enthalten. Ammoniak ist eine anorganische Stickstoffverbindung, die für die meisten Pflanzen und Tiere toxisch ist. Nitrifizierende Bakterien können sie jedoch für Lebensmittel verwenden und sogar in eine nützliche Substanz umwandeln.

Nitrifizierende Bakterien nehmen Elektronen aus Ammoniak auf und wandeln das Ammoniak um in Nitrite und schließlich Nitrate. Nitrate sind für viele Ökosysteme essentiell, da die meisten Pflanzen sie zur Produktion essentieller Aminosäuren benötigen.

Die Nitrifikation erfolgt häufig in zwei Schritten: Ein Bakterium wandelt Ammoniak in ein Nitrit um, und eine andere Bakterienart wandelt dies um Nitrit in Nitrat umwandeln.

Nitrifizierende Bakterien können ansonsten feindliche Böden zu fruchtbaren Böden für Pflanzen und anschließend für Tiere machen.

2. Denitrifizierende Bakterien:

Denitrifizierende Bakterien verwenden Nitratverbindungen als Energiequelle. Dabei zerlegen sie diese Verbindungen in Formen, die Pflanzen und Tiere nicht verwenden können.

Dies bedeutet, dass denitrifizierende Bakterien ein sehr großes Problem für Pflanzen und Tiere darstellen können – die meisten Pflanzenarten benötigen Nitrate im Boden um essentielle Proteine für sich selbst und für die Tiere, die sie fressen, zu produzieren.

Denitrifizierende Bakterien konkurrieren um diese Verbindungen und können den Boden erschöpfen, was zu einer eingeschränkten Wachstumsfähigkeit der Pflanzen führt.

3. Stickstofffixierende Bakterien:

Diese Bakterien sind sehr vorteilhaft für Ökosysteme, einschließlich der menschlichen Landwirtschaft. Sie können Stickstoffgas – das den größten Teil unserer Atmosphäre ausmacht – in Nitrate umwandeln, aus denen Pflanzen essentielle Proteine herstellen können.

Historisch gesehen sind Fruchtbarkeitsprobleme und sogar Hungersnöte aufgetreten, als der Boden aufgrund natürlicher Eigenschaften an Nitraten abgereichert wurde Prozesse oder Übernutzung von Ackerland.

Viele Kulturen haben gelernt, den Boden fruchtbar zu halten, indem sie stickstoffverbrauchende Pflanzen mit stickstofffixierenden Pflanzen wechselten.

Das Geheimnis stickstofffixierender Pflanzen besteht darin, dass die Pflanzen selbst binden keinen Stickstoff, sondern haben symbiotische Beziehungen zu stickstofffixierenden Bakterien. Diese Bakterien wachsen häufig in Kolonien um die Wurzeln der Pflanzen und setzen Nitrate in den umgebenden Boden frei.

Das folgende Bild zeigt die Wurzeln einer „stickstofffixierenden Pflanze“ – beachten Sie die runden Knötchen, die es tatsächlich sind , Kolonien stickstofffixierender chemosynthetischer Bakterien:

Moderne Düngemittel bestehen häufig aus künstlichen Nitraten, wie jene Verbindungen, die von stickstofffixierenden Bakterien hergestellt werden / p>

Methanobakterien

Methanobakterien sind tatsächlich Archaeabakterien – aber Wissenschaftler haben begonnen, sie zu untersuchen, lange bevor sie die Unterschiede zwischen Archaeabakterien und „echten Bakterien“ vollständig verstanden haben.

Sowohl Archaeabakterien als auch wahre Bakterien sind einzellige Prokaryoten – was bedeutet, dass sie unter dem Mikroskop ziemlich ähnlich aussehen. Moderne Methoden der genetischen und biochemischen Analyse haben jedoch gezeigt, dass es wichtige chemische Unterschiede zwischen den beiden gibt, wobei Archaeabakterien viele chemische Verbindungen verwenden und viele Gene besitzen, die im Bakterienreich nicht zu finden sind.

Eine der Fähigkeiten, die in gefunden wurden Archaeabakterien, die nicht in „echten Bakterien“ gefunden werden, sind der Stoffwechselprozess, der Methan erzeugt. Nur Archaeabakterienarten können Kohlendioxid und Wasserstoff kombinieren, um Methan zu produzieren.

Methanobakterien leben in einer Vielzahl von Umgebungen – auch in Ihrer eigenen Methanobakterien kommen am Meeresboden, in Sümpfen und Feuchtgebieten, im Magen von Kühen und sogar im menschlichen Magen vor, wo sie einige Zucker abbauen, die wir nicht verdauen können, um Methan und Energie zu produzieren.

• Archaeabakterien – Eine alte Linie von Prokaryoten.Früher als Subtyp von Bakterien angesehen, hat die moderne Analyse ergeben, dass Archaeabakterien eine völlig andere Linie sind als moderne Bakterien.
• Bakterien – Ein modernes Königreich der Prokaryoten. Heutzutage werden sie manchmal als „Eubakterien“ oder „echte Bakterien“ bezeichnet, um sie von Archaeabakterien zu unterscheiden.
• Elektronentransportkette – Ein Prinzip, das häufig von Zellen verwendet wird, um Energie aus der Umwelt zu gewinnen. Elektronen werden durch eine Reihe von Proteinen geleitet, die ihre Energie gewinnen, um lebensspendende Moleküle wie ATP zu produzieren.

Quiz

1. Welche der folgenden Aussagen trifft NICHT auf die Chemosynthese zu?
A. Es ist der Prozess der Verwendung von Energie aus Chemikalien zur Herstellung organischer Verbindungen.
B. Es kann nicht ohne Energie aus Sonnenlicht abgeschlossen werden.
C. Es verwendet eine Elektronentransportkette, um Elektronen Energie zu entziehen.
D. Es erfordert sowohl eine Kohlenstoff-Ausgangsverbindung als auch eine chemische Energiequelle.

2. Welche der folgenden Aussagen trifft NICHT auf die Gleichung der Chemosynthese zu?
A. Es erfordert eine kohlenstoffhaltige anorganische Verbindung wie Kohlendioxid auf der Reaktantenseite.
B. Es erfordert eine chemische Energiequelle auf der Reaktantenseite.
C. Es endet mit einem organischen Molekül wie einem Zucker auf der Produktseite.
D. Es endet mit einer transformierten Version der chemischen Energiequelle auf der Produktseite.
E. Keine der oben genannten Aussagen.

3. Welche der folgenden Arten ist KEINE Art von chemosynthetischen Bakterien?
A. Eisenbakterien
B. Methan produzierende Bakterien
C. Schwefelbakterien
D. Stickstofffixierende Bakterien
E. Keine der oben genannten Aussagen.