Chemosyntéza (Čeština)

definice chemosyntézy

Chemosyntéza je přeměna anorganických sloučenin obsahujících uhlík na organické látky, jako jsou cukry a aminokyseliny. Chemosyntéza využívá k provádění tohoto úkolu energii z anorganických chemikálií.

Anorganický „zdroj energie“ je obvykle molekula, která má volné elektrony, jako je plynný vodík, sirovodík, amoniak nebo železné železo. Jako fotosyntéza a buněčné dýchání, chemosyntéza využívá elektronový transportní řetězec k syntéze ATP.

Poté, co jeho elektrony prošly elektronovým transportním řetězcem, chemická látka zdroj paliva se objevuje v jiné formě. Například plynný sirovodík se přeměňuje na pevnou elementární síru plus vodu.

Termín „chemosyntéza“ pochází z kořenů slov „chemo“ pro „chemický“ a „ syntéza „pro“ vyrobit. ” Jeho funkce je podobná fotosyntéze, která také mění anorganickou hmotu na organickou hmotu – ale k tomu využívá chemickou energii místo sluneční energie.

Dnes chemosyntézu využívají mikroby, jako jsou bakterie a archaea. Protože samotná chemosyntéza je méně účinná než fotosyntéza nebo buněčné dýchání, nelze ji použít k napájení komplexních mnohobuněčných organismů.

Několik mnohobuněčných organismů žije v symbiotických vztazích s chemosyntetickými bakteriemi, což z nich dělá částečný zdroj energie. Například obří červi hostují chemosyntetické bakterie, které jim dodávají cukry a aminokyseliny.

Tito červi červi jsou však částečně závislí na fotosyntéze, protože ke své výrobě používají kyslík (produkt fotosyntetických organismů). chemosyntéza účinnější.

Rovnice chemosyntézy

Existuje mnoho různých způsobů, jak dosáhnout chemosyntézy. Rovnice pro chemosyntézu bude vypadat odlišně v závislosti na tom, který zdroj chemické energie se použije. Všechny rovnice pro chemosyntézu však obvykle zahrnují:

Reaktanty:

Produkty:

Běžně používaná příkladná rovnice pro chemosyntézu ukazuje transformaci oxidu uhličitého na cukr s pomocí plynného sirovodíku:

12H2S + 6CO2 → C6H12O6 (molekula cukru) + 6H2O + 12S

Tato rovnice se někdy redukuje na nejjednodušší možný poměr složek. To ukazuje relativní proporce každé přísady nezbytné pro reakci, i když nezachytává celé množství sirovodíku a oxidu uhličitého potřebné k vytvoření jediné molekuly cukru.

Zmenšená verze vypadá takto:

2H2S + CO2 → CH2O (molekula cukru) + H2O + 2S

Funkce chemosyntézy

Chemosyntéza umožňuje organizmům žít bez využití energie slunečního světla nebo spoléhání se na jídlo z jiných organismů.

Stejně jako chemosyntéza umožňuje živým věcem vytvářet více ze sebe. Přeměnou anorganických molekul na organické molekuly procesy chemosyntézy mění neživou hmotu na živou.

Dnes ji využívají mikroby žijící v hlubokých oceánech, kam neproniká žádné sluneční světlo; ale je také používán některými organismy žijícími ve slunném prostředí, jako jsou železné bakterie a některé půdní bakterie.

Někteří vědci se domnívají, že chemosyntézu mohou používat formy života v mimozemských prostředích bez slunce, například v oceánech Evropy nebo podzemního prostředí na Marsu.

Bylo navrženo, že chemosyntéza mohla být ve skutečnosti první formou metabolismu na Zemi, přičemž fotosyntéza a buněčné dýchání se vyvíjely později, když se formy života staly složitějšími. Možná nikdy nebudeme vědět jistě, jestli je to pravda, ale někteří vědci se domnívají, že je zajímavé zvážit, zda sluneční světlo nebo chemická energie byly prvním palivem pro život na Zemi.

Druhy chemosyntetických bakterií

Sírové bakterie

Ukázková rovnice pro chemosyntézu uvedená výše ukazuje bakterie využívající jako zdroj energie sloučeninu síry.

Bakterie v této rovnici spotřebovávají plynný sirovodík (12H2S) a poté vyrábí tuhou elementární síru jako odpadní produkt (12S).

Některé bakterie, které používají chemosyntézu, místo sírovodíku používají jako zdroj energie samotnou elementární síru nebo složitější sloučeniny síry.

Bakterie obsahující kovové ionty

Nejvíce dobře známým typem bakterií, které používají ionty kovů k chemosyntéze, jsou bakterie železa.

Bakterie železa mohou skutečně představovat problém pro vodní systémy v prostředí bohatém na železo, protože konzumují rozpuštěné ionty kovů v půdě a ve vodě – a produkují nerozpustné shluky železitého železa podobného rzi, které mohou barvit vodovodní armatury a dokonce je ucpávat.

Železné bakterie však nejsou jedinými organismy, které používají ionty kovů jako zdroj energie pro chemosyntézu. Jiné druhy bakterií používají jako zdroj elektronů pro své elektronové transportní řetězce arzen, mangan nebo dokonce uran!

Dusíkové bakterie

Dusíkové bakterie jsou jakékoli bakterie, které používají ve svém metabolismu sloučeniny dusíku. proces. Zatímco všechny tyto bakterie používají k vytváření organických sloučenin elektrony ze sloučenin dusíku, mohou mít na jejich ekosystém velmi odlišné účinky v závislosti na tom, jaké sloučeniny používají.

Dusíkové bakterie lze obvykle rozdělit do tří tříd:

1. Nitrifikační bakterie:

Nitrifikační bakterie rostou v půdách, které obsahují amoniak. Amoniak je anorganická sloučenina dusíku, která je toxická pro většinu rostlin a zvířat – ale nitrifikační bakterie ji mohou použít jako potravu a dokonce ji přeměnit na prospěšnou látku.

Nitrifikační bakterie odebírají elektrony z amoniaku a přeměňují amoniak na dusitany a nakonec dusičnany. Dusičnany jsou nezbytné pro mnoho ekosystémů, protože většina rostlin je potřebuje k produkci esenciálních aminokyselin.

Nitrifikace je často dvoustupňový proces: jedna bakterie přemění amoniak na dusitany a poté jiný druh bakterie nitrit na dusičnan.

Nitrifikační bakterie mohou z jinak nepřátelských půd udělat úrodnou půdu pro rostliny a následně pro zvířata.

2. Denitrifikační bakterie:

Denitrifikační bakterie používají jako zdroj energie nitrátové sloučeniny. V průběhu procesu rozkládají tyto sloučeniny na formy, které rostliny a zvířata nemohou použít.

To znamená, že denitrifikační bakterie mohou být pro rostliny a zvířata velmi velkým problémem – většina rostlinných druhů potřebuje v půdě dusičnany aby produkovali esenciální bílkoviny pro sebe a pro zvířata, která je konzumují.

Denitrifikační bakterie soutěží o tyto sloučeniny a mohou vyčerpávat půdu, což vede k omezené schopnosti rostlin růst.

3. Bakterie fixující dusík:

Tyto bakterie jsou velmi prospěšné pro ekosystémy, včetně lidského zemědělství. Mohou přeměnit plynný dusík – který tvoří většinu naší atmosféry – na dusičnany, které rostliny mohou používat k výrobě esenciálních bílkovin.

Historicky došlo k problémům s úrodností a dokonce k hladomoru, když se v důsledku přírodních procesy nebo nadužívání zemědělské půdy.

Mnoho kultur se naučilo udržovat úrodnost půdy rotací plodin spotřebovávajících dusík s plodinami vázajícími dusík.

Tajemství plodin vázajících dusík spočívá v tom, že rostliny samy neopravují dusík: místo toho mají symbiotické vztahy s bakteriemi fixujícími dusík. Tyto bakterie často rostou v koloniích kolem kořenů rostlin a uvolňují dusičnany do okolní půdy.

Obrázek níže ukazuje kořeny „rostliny vázající dusík“ – všimněte si kulatých uzlíků, které jsou ve skutečnosti , kolonie chemosyntetických bakterií vázajících dusík:

Moderní hnojiva jsou často vyrobena z umělých dusičnanů, jako jsou sloučeniny vyrobené bakteriemi vázajícími dusík.

Methanobakterie

Methanobakterie jsou ve skutečnosti archeabakterie – ale vědci je začali studovat dlouho předtím, než plně porozuměli rozdílům mezi archeabakteriemi a „skutečnými bakteriemi“.

Archeabakterie i skutečné bakterie jsou jednobuněčné prokaryoty – což znamená, že pod mikroskopem vypadají docela podobně. Moderní metody genetické a biochemické analýzy však odhalily, že mezi nimi existují významné chemické rozdíly, přičemž archaeabakterie používají mnoho chemických sloučenin a mají mnoho genů, které se nenacházejí v říši bakterií.

Jedna ze schopností nalezených v archeabakterie, které se nenacházejí ve „skutečných bakteriích“, je metabolický proces, který vytváří metan. Pouze druhy archeabakterií mohou kombinovat oxid uhličitý a vodík a produkovat metan.

Metanobakterie žijí v různých prostředích – včetně prostředí vašeho vlastního Tělo! Methanobakterie se nacházejí na dně oceánu, v bažinách a mokřadech, v žaludcích krav – a dokonce i uvnitř lidských žaludků, kde štěpí některé cukry, které nedokážeme strávit, abychom mohli produkovat metan a energii.

• Archaeabacteria – starodávná linie prokaryot.Moderní analýza, která se kdysi považovala za podtyp bakterií, odhalila, že archaeobakterie jsou zcela odlišnou linií od moderních bakterií.
• Bakterie – moderní království prokaryot. Dnes se jim někdy říká „eubakterie“ nebo „skutečné bakterie“, aby se odlišily od archaeobakterií.
• Řetězec transportu elektronů – Princip, který buňky často využívají k získávání energie z prostředí. Elektrony procházejí řadou proteinů, které sklízejí svou energii a vytvářejí životodárné molekuly, jako je ATP.

Kvíz

1. Který z následujících NENÍ pravdivý pro chemosyntézu?
A. Jedná se o proces využívající energii z chemických látek k vytváření organických sloučenin.
B. Nelze jej dokončit bez energie ze slunečního záření.
C. K extrahování energie z elektronů používá řetězec transportu elektronů.
D. Vyžaduje jak výchozí sloučeninu uhlíku, tak zdroj chemické energie.

2. Který z následujících NENÍ pravdivý pro rovnici chemosyntézy?
A. Vyžaduje anorganickou sloučeninu obsahující uhlík, jako je oxid uhličitý, na straně reaktantů.
B. Vyžaduje zdroj chemické energie na straně reaktantů.
C. Končí organickou molekulou, jako je cukr, na straně produktu.
D. Končí to transformovanou verzí zdroje chemické energie na straně produktu.
E. Nic z výše uvedeného.

3. Která z následujících látek NENÍ typem chemosyntetických bakterií?
A. Bakterie železa
B. Bakterie produkující metan
C. Sírové bakterie
D. Bakterie fixující dusík
E. Nic z výše uvedeného.