化学合成

化学合成の定義

化学合成は、無機炭素含有化合物を糖やアミノ酸などの有機物に変換することです。化学合成は、無機化学物質からのエネルギーを使用してこのタスクを実行します。

無機の「エネルギー源」は通常、水素ガス、硫化水素、アンモニア、鉄鉄などの電子を節約できる分子です。光合成のように化学合成は、細胞の呼吸に応じて、電子輸送チェーンを使用してATPを合成します。

電子を電子輸送チェーンに通した後、化学物質燃料源は別の形で出現します。たとえば、硫化水素ガスは、固体の元素硫黄と水に変換されます。

「化学合成」という用語は、「化学」と「化学」を意味する「化学」という語源に由来します。 「作る」の意味で「合成」。その機能は、無機物を有機物に変える光合成の機能と似ていますが、化学エネルギーの代わりに太陽光のエネルギーを使用して行います。

今日、化学合成は細菌や微生物などの微生物によって使用されています。アーキア。化学合成だけでは光合成や細胞呼吸よりも効率が悪いため、複雑な多細胞生物に電力を供給するために使用することはできません。

いくつかの多細胞生物は、化学合成細菌と共生関係にあり、部分的なエネルギー源になっています。たとえば、巨大なチューブワームは、糖やアミノ酸を供給する化学合成細菌をホストします。

ただし、これらのチューブワームは、酸素（光合成生物の産物）を使用して光合成を行うため、部分的に光合成に依存しています。より効率的な化学合成。

化学合成方程式

化学合成を実現するにはさまざまな方法があります。化学合成の式は、使用する化学エネルギー源によって異なります。ただし、化学合成のすべての方程式には、通常、次のものが含まれます。

反応物：

製品：

化学合成で一般的に使用される方程式の例は、二酸化炭素の糖への変換を示しています。硫化水素ガスの助け：

12H2S + 6CO2→C6H12O6（糖分子）+ 6H2O + 12S

この式は、可能な限り単純な成分の比率に還元されることがあります。これは、反応に必要な各成分の相対的な比率を示していますが、単一の糖分子を作成するために必要な硫化水素と二酸化炭素の全量をキャプチャしているわけではありません。

縮小版は次のようになります：

2H2S + CO2→CH2O（糖分子）+ H2O + 2S

化学合成の機能

化学合成により、生物は日光のエネルギーを使用したり、他の生物に食物を依存したりすることなく生きることができます。

化学合成と同様に、生物は自分自身をより多く作ることができます。無機分子を有機分子に変えることにより、化学合成のプロセスは非生物を生物に変えます。

今日では、太陽光が透過しない深海に生息する微生物によって使用されています。しかし、鉄バクテリアや土壌バクテリアなど、日当たりの良い環境に住む一部の生物にも使用されています。

一部の科学者は、化学合成は、海などの太陽のない地球外環境の生物によって使用される可能性があると考えています。

化学合成は実際には地球上で最初の代謝形態であり、生命体がより複雑になるにつれて光合成と細胞呼吸が進化する可能性があると提案されています。これが本当かどうかはわかりませんが、日光と化学エネルギーのどちらが地球上の生命の最初の燃料であったかを検討するのは興味深いと考える科学者もいます。

化学合成細菌の種類

硫黄バクテリア

上記の化学合成の式の例は、硫黄化合物をエネルギー源として使用するバクテリアを示しています。

この式のバクテリアは、硫化水素ガス（12H2S）を消費します。廃棄物として固体の元素硫黄を生成します（12S）。

化学合成を使用するバクテリアの中には、硫化水素の代わりに元素硫黄自体、またはより複雑な硫黄化合物を燃料源として使用するものがあります。

金属イオンバクテリア

化学合成に金属イオンを使用するよく知られているタイプのバクテリアは鉄バクテリアです。

鉄バクテリアは土壌や水に溶けた金属イオンを消費するため、鉄が豊富な環境の水システムに実際に問題を引き起こす可能性があります。錆のような鉄の不溶性の塊を生成し、配管器具を汚したり、詰まらせたりする可能性があります。

ただし、化学合成のエネルギー源として金属イオンを使用する生物は鉄バクテリアだけではありません。他の種類のバクテリアは、電子伝達系の電子源としてヒ素、マンガン、さらにはウランを使用します！

窒素バクテリア

窒素バクテリアは、代謝に窒素化合物を使用するバクテリアです。処理する。これらのバクテリアはすべて、窒素化合物からの電子を使用して有機化合物を生成しますが、使用する化合物によって、生態系に大きく異なる影響を与える可能性があります。

窒素バクテリアは通常、次の3つのクラスに分類できます。

1。硝化細菌：

硝化細菌は、アンモニアを含む土壌で増殖します。アンモニアは、ほとんどの植物や動物に有毒な無機窒素化合物ですが、亜硝酸菌はそれを食品に使用でき、さらには有益な物質に変えることもできます。

亜硝酸菌はアンモニアから電子を受け取り、アンモニアを変換します亜硝酸塩、そして最終的には硝酸塩に。ほとんどの植物は必須のアミノ酸を生成するために硝酸塩を必要とするため、硝酸塩は多くの生態系に不可欠です。

硝化は多くの場合2段階のプロセスです。1つの細菌がアンモニアを亜硝酸塩に変換し、次に別の細菌種がそれを変換します亜硝酸塩を硝酸塩に変えます。

硝化細菌は、そうでなければ敵対的な土壌を植物にとって、そしてその後動物にとって肥沃な土地に変えることができます。

2。脱窒菌：

脱窒菌は、エネルギー源として硝酸化合物を使用します。その過程で、これらの化合物を植物や動物が使用できない形に分解します。

これは、脱窒細菌が植物や動物にとって非常に大きな問題になる可能性があることを意味します。ほとんどの植物種は、土壌に硝酸塩を必要とします。自分自身とそれを食べる動物のために必須のタンパク質を生産するためです。

脱窒細菌はこれらの化合物を奪い合い、土壌を枯渇させ、植物の成長能力を制限します。

3。窒素固定細菌：

これらの細菌は、人間の農業を含む生態系に非常に有益です。彼らは、私たちの大気の大部分を占める窒素ガスを、植物が必須タンパク質を作るために使用できる窒素に変えることができます。

歴史的に、自然のために土壌が硝酸塩を使い果たしたとき、肥沃度の問題や飢餓さえ起こりました農地のプロセスまたは乱用。

多くの文化は、窒素を消費する作物を窒素固定作物と交代させることにより、土壌を肥沃に保つことを学びました。

窒素固定作物の秘密は、植物がそれ自体は窒素を固定しません：代わりに、それらは窒素固定細菌と共生関係を持っています。これらのバクテリアはしばしば植物の根の周りのコロニーで成長し、周囲の土壌に硝酸塩を放出します。

下の画像は「窒素固定植物」の根を示しています–実際には丸い小結節に注意してください、窒素固定化学合成細菌のコロニー：

現代の肥料は、窒素固定細菌によって作られる化合物のように、人工硝酸塩で作られることがよくあります。

メタノバクテリア

メタノバクテリアは実際には原核生物ですが、科学者は古細菌と「真のバクテリア」の違いを完全に理解するずっと前にそれらの研究を始めました。

古細菌と真の両方バクテリアは単細胞の原核生物です。つまり、顕微鏡では非常によく似ています。しかし、遺伝子および生化学的分析の最新の方法は、古細菌が多くの化合物を使用し、細菌界には見られない多くの遺伝子を持っているという、2つの間に重要な化学的違いがあることを明らかにしました。

に見られる能力の1つ「真のバクテリア」には見られない古細菌は、メタンを生成する代謝プロセスです。古細菌種だけが二酸化炭素と水素を組み合わせてメタンを生成できます。

メタノバクテリアは、自分の内部を含むさまざまな環境に住んでいます。メタノバクテリアは、海の底、沼地や湿地、牛の胃、さらには人間の胃の内部でさえ、メタンとエネルギーを生成するために消化できない糖を分解します。

• 古細菌–古代の原核生物の系統。かつて細菌のサブタイプであると考えられていた現代の分析により、古細菌は現代の細菌とはまったく異なる系統であることが明らかになりました。
• 細菌–現代の原核生物界。今日、それらは古細菌と区別するために「真正細菌」または「真の細菌」と呼ばれることがあります。
• 電子伝達系–環境からエネルギーを収穫するために細胞がよく使用する原理。電子は一連のタンパク質を通過し、ATPなどの生命を与える分子を生成するためにエネルギーを収集します。

クイズ

1。次のうち、化学合成に当てはまらないものはどれですか？
A。これは、化学物質からのエネルギーを使用して有機化合物を生成するプロセスです。
B。日光のエネルギーなしでは完成できません。
C。電子伝達系を使用して、電子からエネルギーを抽出します。
D。開始炭素化合物と化学エネルギー源の両方が必要です。

2。次のうち、化学合成の方程式に当てはまらないものはどれですか？
A。反応物側に二酸化炭素などの炭素含有無機化合物が必要である。
B。反応物側に化学エネルギー源が必要です。
C。製品側の砂糖などの有機分子で終わります。
D。それは、製品側の化学エネルギー源の変換バージョンで終わります。
E。上記のいずれでもない。

3。次のうち、化学合成細菌の種類ではないものはどれですか？
A。鉄バクテリア
B。メタン生成菌
C。硫黄菌
D。窒素固定細菌
E。上記のいずれでもない。