kemoszintézis

kemoszintézis-definíció

A kemoszintézis a szervetlen széntartalmú vegyületek szerves anyaggá, például cukrokká és aminosavakká történő átalakulása. A kemoszintézis szervetlen vegyi anyagokból származó energiát használ fel ennek a feladatnak a teljesítéséhez.

A szervetlen “energiaforrás” általában olyan molekula, amelynek tartalék elektronjai vannak, például hidrogéngáz, hidrogén-szulfid, ammónia vagy vas-vas. és a sejtlégzés, a kemoszintézis egy elektrontranszportláncot használ az ATP szintetizálásához. az üzemanyagforrás más formában jelenik meg. A hidrogén-szulfid gáz például szilárd elemi kénné és vízzé alakul.

A “kemoszintézis” kifejezés a “chemo” gyökös szavakból származik a “kémiai” és ” szintézis ”a„ készítéshez ”. Funkciója hasonló a fotoszintézishez, amely szintén szervetlen anyagot alakít szerves anyaggá – de a kémiai energia helyett a napfény energiáját használja fel.

Ma a kemoszintézist mikrobák, például baktériumok és archaea. Mivel a kemoszintézis önmagában kevésbé hatékony, mint a fotoszintézis vagy a sejtlégzés, ezért nem használható komplex többsejtű szervezetek táplálására.

Néhány többsejtű szervezet szimbiotikus kapcsolatban él a kemoszintetikus baktériumokkal, részleges energiaforrássá téve őket. Az óriás csőférgek például olyan kemoszintetikus baktériumokat fogadnak el, amelyek cukrokkal és aminosavakkal látják el őket.

Ezek a csőférgek azonban részben függenek a fotoszintézistől, mivel oxigént (fotoszintetikus organizmusok terméke) használnak fel a kemoszintézis hatékonyabb.

Kemoszintézis-egyenlet

A kemoszintézis sokféle módon érhető el. A kemoszintézis egyenlete eltérően fog kinézni attól függően, hogy melyik kémiai energiaforrást használják. A kemoszintézis összes egyenlete azonban általában a következőket tartalmazza:

Reagensek:

Termékek:

A kemoszintézis egyik általánosan használt példaegyenlete a szén-dioxid cukorrá történő átalakulását mutatja be a hidrogén-szulfid gáz segítsége:

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

Ez az egyenlet néha a lehető legegyszerűbb összetevők arányára csökken. Ez megmutatja az egyes alkotórészek relatív arányait, amelyek szükségesek a reakcióhoz, bár nem képes befogni az egyetlen cukormolekula létrehozásához szükséges teljes mennyiségű hidrogén-szulfidot és szén-dioxidot.

A redukált változat így néz ki:

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

A kemoszintézis funkciója

A kemoszintézis lehetővé teszi az organizmusok számára, hogy anélkül éljenek, hogy a napfény energiáját felhasználnák, vagy más élőlényekre támaszkodnának.

A szervetlen molekulák szerves molekulákká alakításával a kemoszintézis folyamatai az élettelen anyagot élő anyaggá változtatják.

Manapság a mély óceánokban élő mikrobák használják, ahol napfény nem hatol be; de néhány napsütötte környezetben élő organizmus is használja, például vas- és talajbaktériumok.

Egyes tudósok úgy vélik, hogy a kemoszintézist az életformák használhatják napsütéses földönkívüli környezetben, például az óceánokban Európában vagy a Mars földalatti környezeteiben.

Felmerült, hogy a kemoszintézis valójában az első anyagcsere-forma lehetett a Földön, a fotoszintézis és a sejtlégzés később, az életformák bonyolultabbá válásával alakult ki. Soha nem tudjuk biztosan, hogy ez igaz-e, de néhány tudós szerint érdekes megfontolni, hogy a napfény vagy a kémiai energia volt-e az első üzemanyag a Földön.

A kemoszintetikus baktériumok típusai

Kénbaktériumok

A kemoszintézis fent megadott példája azt mutatja, hogy a baktériumok kénvegyületet használnak energiaforrásként.

Az egyenletben szereplő baktériumok hidrogén-szulfidgázt (12H2S) fogyasztanak, majd szilárd, elemi ként termel hulladékként (12S).

Egyes baktériumok, amelyek kemoszintézist használnak, elemi ként vagy összetettebb kénvegyületeket használnak üzemanyagforrásként hidrogén-szulfid helyett.

Fémionbaktériumok

jól ismert baktériumok, amelyek fémionokat használnak a kemoszintézishez, a vasbaktériumok.

A vasbaktériumok valójában problémát jelenthetnek a vízben gazdag rendszerek számára a vasban gazdag környezetben, mivel oldott fémionokat fogyasztanak a talajban és a vízben – és oldhatatlan rozsdaszerű vasvas-csomókat állít elő, amelyek elszennyezhetik a vízvezeték-szerelvényeket, sőt el is dughatják azokat.

Azonban nem a vasbaktériumok az egyetlen organizmusok, amelyek a kemoszintézis energiaforrásaként használják a fémionokat. Más típusú baktériumok arzént, mangánt vagy akár uránt használnak elektronforrásként elektrontranszportláncaikhoz!

Nitrogénbaktériumok

A nitrogénbaktériumok olyan baktériumok, amelyek anyagcseréjükben nitrogénvegyületeket használnak. folyamat. Míg ezek a baktériumok nitrogénvegyületekből származó elektronokat használnak szerves vegyületek előállításához, azoknak nagyon eltérő hatásai lehetnek ökoszisztémájukra attól függően, hogy milyen vegyületeket használnak.

A nitrogénbaktériumok általában három osztályba sorolhatók:

1. Nitrifikáló baktériumok:

A nitrifikáló baktériumok ammóniát tartalmazó talajokban nőnek. Az ammónia egy szervetlen nitrogénvegyület, amely mérgező a legtöbb növényre és állatra – de a nitrifikáló baktériumok felhasználhatják az élelmiszerekhez, sőt hasznos anyaggá is alakíthatják.

A nitrifikáló baktériumok elektronokat vesznek az ammóniából és átalakítják az ammóniát nitritekké és végső soron nitrátokká. A nitrátok sok ökoszisztéma számára nélkülözhetetlenek, mert a legtöbb növénynek szükségük van rájuk esszenciális aminosavak előállításához.

A nitrifikáció gyakran kétlépcsős folyamat: az egyik baktérium az ammóniát nitritté alakítja, majd egy másik baktériumfaj ezt átalakítja. nitrit nitráttá.

A nitrifikáló baktériumok az ellenséges talajokat termékeny talajokká alakíthatják a növények, majd az állatok számára.

2. Denitrifikáló baktériumok:

A denitrifikáló baktériumok nitrátvegyületeket használnak energiaforrásként. A folyamat során ezeket a vegyületeket olyan formákra bontják, amelyeket a növények és az állatok nem tudnak használni.

Ez azt jelenti, hogy a denitrifikáló baktériumok nagyon nagy problémát jelenthetnek a növények és állatok számára – a legtöbb növényfajnak nitrátra van szüksége a talajban. annak érdekében, hogy esszenciális fehérjéket állítsanak elő maguknak és az azokat fogyasztó állatoknak.

A denitrifikáló baktériumok versenyeznek ezekért a vegyületekért, és kimeríthetik a talajt, aminek következtében a növények növekedési képessége korlátozott.

3. Nitrogénmegkötő baktériumok:

Ezek a baktériumok nagyon hasznosak az ökoszisztémák számára, beleértve az emberi mezőgazdaságot is. A nitrogéngázt – amely a légkörünk legnagyobb részét alkotja – nitrátokká alakíthatják, amelyeket a növények nélkülözhetetlen fehérjék előállításához használhatnak.

Történelmileg termékenységi problémák, sőt éhínség is előfordult, amikor a talaj a természetes nitrátok miatt kimerült. folyamatok vagy a termőföld túlzott felhasználása.

Sok kultúra megtanulta megőrizni a talaj termékenységét azáltal, hogy a nitrogént fogyasztó növényeket nitrogénmegkötő növényekkel váltogatja.

A nitrogénmegkötő növények titka, hogy a növények maguk nem rögzítik a nitrogént: ehelyett szimbiotikus kapcsolatban állnak a nitrogénmegkötő baktériumokkal. Ezek a baktériumok gyakran kolóniákban nőnek a növények gyökerei körül, és nitrátokat juttatnak a környező talajba.

Az alábbi kép egy “nitrogénmegkötő növény” gyökereit mutatja – vegye figyelembe a kerek csomókat, amelyek valójában , nitrogénmegkötő kemoszintetikus baktériumok telepei:

A modern műtrágyák gyakran mesterséges nitrátokból készülnek, mint például a nitrogénmegkötő baktériumok által készített vegyületek.

Methanobacteriumok

A methanobacteriumok valójában archaeabacteriumok – de a tudósok már jóval azelőtt elkezdték tanulmányozni őket, hogy teljesen megértették volna az archaeabacteriumok és az “igazi baktériumok” közötti különbségeket.

Archaeabacteriumok és true a baktériumok egysejtű prokarióták – ami azt jelenti, hogy mikroszkóp alatt meglehetősen hasonlóak. De a genetikai és biokémiai elemzés modern módszerei azt mutatták, hogy fontos kémiai különbségek vannak a kettő között: az archeeabacteriumok sok kémiai vegyületet használnak, és sok olyan génnel rendelkeznek, amelyek nem találhatók meg a baktériumok országában.

Az egyik képesség, amely megtalálható a Az “archeeabacteriumok”, amelyek nem találhatók meg az “igazi baktériumokban”, az az anyagcsere folyamat, amely metánt képez. Csak az archaeabacteria fajok képesek kombinálni a szén-dioxidot és a hidrogént metán előállításához.

A metanobaktériumok sokféle környezetben élnek – beleértve a sajátjait is test! A metanobaktériumok az óceán fenekén, a mocsarakban és vizes élőhelyeken, a tehenek gyomrában találhatók, sőt az emberi gyomorban is, ahol lebontanak néhány olyan cukrot, amelyeket nem tudunk megemészteni metán és energia előállítása érdekében.

• Archeeabacteriumok – A prokarióták ősi törzse.Miután azt gondolták, hogy a baktériumok egy altípusa, a modern elemzés kimutatta, hogy az archeeabacteriumok teljesen más vonalak, mint a modern baktériumok.
• Baktériumok – A prokarióták modern királysága. Manapság néha “eubaktériumoknak” vagy “igazi baktériumoknak” nevezik őket, hogy megkülönböztessék őket az archeeabaktériumtól.
• Elektrontranszport lánc – Ez az elv a sejtek gyakran használják a környezetből származó energia kinyerésére. Az elektronokat fehérjék sorozatán vezetik át, amelyek energiájukból életet adó molekulák, például ATP előállításához gyűjtenek.

Kvíz

1. Az alábbiak közül melyik NEM igaz a kemoszintézisre?
A. Ez a vegyi anyagokból származó energia felhasználása szerves vegyületek előállítására.
B. Nem teljesíthető napfény energiája nélkül.
C. Elektrontranszport-láncot használ az energia kinyerésére az elektronokból.
D. Mind a kiindulási szénvegyületre, mind a kémiai energiaforrásra szükség van.

2. Az alábbiak közül melyik NEM igaz a kemoszintézis egyenletére?
A. Szén tartalmú szervetlen vegyületre, például szén-dioxidra van szükség a reagens oldalán.
B. Kémiai energiaforrást igényel a reagens oldalon.
C. Szerves molekulával, például cukorral végződik a termék oldalán.
D. A termék oldalán a kémiai energiaforrás átalakított változatával zárul.
E. A fentiek egyike sem.

3. Az alábbiak közül melyik NEM egyfajta kemoszintetikus baktérium?
A. Vas baktériumok
B. Metánt termelő baktériumok
C Kénbaktériumok
D. Nitrogénmegkötő baktériumok
E. A fentiek egyike sem.