화학 합성

화학 합성 정의

화학 합성은 무기 탄소 함유 화합물을 당과 아미노산과 같은 유기물로 전환하는 것입니다. 화학 합성은 무기 화학 물질의 에너지를 사용하여이 작업을 수행합니다.

무기 “에너지 공급원”은 일반적으로 수소 가스, 황화수소, 암모니아 또는 철 철과 같이 예비 할 전자가있는 분자입니다. 광합성처럼 화학 합성은 전자 수송 사슬을 사용하여 ATP를 합성합니다.

전자가 전자 수송 사슬을 통과 한 후 화학 물질은 연료 공급원은 다른 형태로 나타납니다. 예를 들어 황화수소 가스는 고체 원소 황과 물로 변환됩니다.

“화학 합성”이라는 용어는 “화학”과 “화학”의 어근 “화학”에서 유래되었습니다. “만들다”를 의미합니다. 그 기능은 무기물을 유기물로 바꾸는 광합성의 기능과 비슷하지만 그렇게하기 위해 화학 에너지 대신 햇빛의 에너지를 사용합니다.

오늘날 화학 합성은 박테리아와 같은 미생물에 의해 사용됩니다. 고세균. 화학 합성만으로는 광합성이나 세포 호흡보다 덜 효율적이기 때문에 복잡한 다세포 유기체에 동력을 공급하는 데 사용할 수 없습니다.

몇몇 다세포 유기체는 화학 합성 박테리아와 공생 관계를 유지하여 부분적인 에너지 원이됩니다. 예를 들어 거대 관충은 당과 아미노산을 공급하는 숙주 화학 합성 박테리아입니다.

그러나이 관충은 산소 (광합성 유기체의 산물)를 사용하기 때문에 광합성에 부분적으로 의존합니다. 화학 합성이 더 효율적입니다.

화학 합성 방정식

화학 합성을 달성하는 방법에는 여러 가지가 있습니다. 화학 합성 방정식은 사용되는 화학 에너지 원에 따라 다르게 보일 것입니다. 그러나 화학 합성을위한 모든 방정식에는 일반적으로 다음이 포함됩니다.

반응물 :

제품 :

화학 합성에 일반적으로 사용되는 예시 방정식은 이산화탄소가 황화수소 가스의 도움 :

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

이 방정식은 때때로 가능한 가장 간단한 재료 비율로 축소됩니다. 이것은 반응에 필요한 각 성분의 상대적인 비율을 보여줍니다. 단 하나의 당 분자를 만드는 데 필요한 황화수소와 이산화탄소의 전체 양을 포착하지는 못합니다.

축소 된 버전은 다음과 같습니다.

2H2S + CO2 → CH2O (당분자) + H2O + 2S

화학 합성의 기능

화학 합성은 유기체가 햇빛의 에너지를 사용하거나 음식을 위해 다른 유기체에 의존하지 않고도 살 수있게합니다.

화학 합성과 마찬가지로 생명체가 더 많은 것을 만들 수 있습니다. 무기 분자를 유기 분자로 전환함으로써 화학 합성 과정은 무생물을 살아있는 물질로 전환합니다.

오늘날 그것은 햇빛이 침투하지 않는 심해에 사는 미생물에 의해 사용됩니다. 그러나 철 박테리아 및 일부 토양 박테리아와 같이 맑은 환경에 사는 일부 유기체에서도 사용됩니다.

일부 과학자들은 화학 합성이 바다와 같이 태양이없는 외계 환경의 생명체에 사용될 수 있다고 믿습니다. 화성에있는 유로파 또는 지하 환경.

화학 합성은 실제로 지구상에서 최초의 신진 대사 형태 였을 수 있으며, 나중에 생명체가 더 복잡 해짐에 따라 광합성과 세포 호흡이 진화 할 수 있다고 제안되었습니다. 이것이 사실인지 확실히 알 수는 없지만 일부 과학자들은 태양 광이나 화학 에너지가 지구상에서 생명체의 첫 번째 연료인지 고려하는 것이 흥미 롭다고 믿습니다.

화학 합성 박테리아의 유형

유황 박테리아

위의 화학 합성을위한 예시 방정식은 황 화합물을 에너지 원으로 사용하는 박테리아를 보여줍니다.

이 방정식의 박테리아는 황화수소 가스 (12H2S)를 소비 한 다음 폐기물로 고체, 원소 황을 생성합니다 (12S).

화학 합성을 사용하는 일부 박테리아는 황화수소 대신 원소 황 자체 또는 더 복잡한 황 화합물을 연료 원으로 사용합니다.

금속 이온 박테리아

가장 많이 화학 합성을 위해 금속 이온을 사용하는 잘 알려진 유형의 박테리아는 철 박테리아입니다.

철 박테리아는 토양과 물에 용해 된 금속 이온을 소비하기 때문에 철이 풍부한 환경에서 물 시스템에 실제로 문제를 일으킬 수 있습니다. 녹과 같은 철의 불용성 덩어리를 생성하여 배관 설비를 얼룩지게하고 심지어 막힐 수도 있습니다.

그러나 철 박테리아는 화학 합성을위한 에너지 원으로 금속 이온을 사용하는 유일한 유기체는 아닙니다. 다른 유형의 박테리아는 비소, 망간 또는 우라늄을 전자 수송 사슬의 전자 공급원으로 사용합니다!

질소 박테리아

질소 박테리아는 대사 과정에서 질소 화합물을 사용하는 모든 박테리아입니다. 방법. 이 박테리아는 모두 질소 화합물의 전자를 사용하여 유기 화합물을 생성하지만 사용하는 화합물에 따라 생태계에 매우 다른 영향을 미칠 수 있습니다.

질소 박테리아는 일반적으로 세 가지 등급으로 나눌 수 있습니다.

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1. 질화 박테리아 :

질화 박테리아는 암모니아가 포함 된 토양에서 자랍니다. 암모니아는 대부분의 식물과 동물에게 독성이있는 무기 질소 화합물입니다. 그러나 질화 박테리아는이를 음식으로 사용할 수 있으며 심지어 유익한 물질로 바꿀 수도 있습니다.

질화 박테리아는 암모니아에서 전자를 가져와 암모니아로 전환합니다. 아질산염으로, 궁극적으로 질산염으로. 질산염은 대부분의 식물이 필수 아미노산을 생산하기 위해 필요하기 때문에 많은 생태계에 필수적입니다.

질화는 종종 2 단계 과정입니다. 한 박테리아는 암모니아를 아질산염으로 전환하고 다른 박테리아 종은이를 전환합니다. 아질산염을 질산염으로 만듭니다.

질화 박테리아는 그렇지 않으면 적대적인 토양을 식물과 동물의 비옥 한 땅으로 바꿀 수 있습니다.

2. 탈질 박테리아 :

탈질 박테리아는 질산염 화합물을 에너지 원으로 사용합니다. 이 과정에서이 화합물을 식물과 동물이 사용할 수없는 형태로 분해합니다.

이는 탈질 박테리아가 식물과 동물에게 매우 큰 문제가 될 수 있음을 의미합니다. 대부분의 식물 종은 토양에 질산염이 필요합니다. 자신과이를 먹는 동물을위한 필수 단백질을 생산하는 것입니다.

탈질 화 박테리아는 이러한 화합물을 놓고 경쟁하며 토양을 고갈시켜 식물의 성장 능력이 제한 될 수 있습니다.

3. 질소 고정 박테리아 :

이 박테리아는 인간 농업을 포함한 생태계에 매우 유익합니다. 그들은 우리 대기의 대부분을 구성하는 질소 가스를 식물이 필수 단백질을 만드는 데 사용할 수있는 질산염으로 바꿀 수 있습니다.

역사적으로 자연으로 인해 토양이 질산염이 고갈되었을 때 비옥 문제와 기근까지도 발생했습니다. 농지의 과정 또는 남용.

많은 문화가 질소 고정 작물로 질소 소비 작물을 회전시켜 토양 비옥함을 유지하는 법을 배웠습니다.

질소 고정 작물의 비결은 식물이 스스로 질소를 고정하지 않습니다. 대신 질소 고정 박테리아와 공생 관계를 가지고 있습니다. 이 박테리아는 종종 식물의 뿌리 주변의 식민지에서 자라며 질산염을 주변 토양으로 방출합니다.

아래 이미지는 “질소 고정 식물”의 뿌리를 보여줍니다. 실제로 둥근 결절에 주목하십시오. , 질소 고정 화학 합성 박테리아 군집 :

현대 비료는 질소 고정 박테리아로 만든 화합물과 같은 인공 질산염으로 만들어지는 경우가 많습니다.

메타 노 박테리아

메타 노 박테리아는 실제로 고세균입니다.하지만 과학자들은 고세균과 “진정한 박테리아”의 차이점을 완전히 이해하기 오래 전에 연구를 시작했습니다.

고세균과 사실 모두 박테리아는 단세포 원핵 생물입니다. 즉, 현미경으로 보면 매우 비슷해 보입니다. 그러나 현대의 유전 및 생화학 적 분석 방법은이 둘 사이에 중요한 화학적 차이가 있음을 밝혀 냈습니다. 고세균은 많은 화합물을 사용하고 박테리아 왕국에서는 찾을 수없는 많은 유전자를 보유하고 있습니다.

“진정한 박테리아”에서 발견되지 않는 고세균은 메탄을 생성하는 대사 과정입니다. 고세균 종만이 이산화탄소와 수소를 결합하여 메탄을 생성 할 수 있습니다.

메탄 균은 자신의 내부를 포함하여 다양한 환경에 살고 있습니다. 메탄 박테리아는 바다 밑바닥, 늪지대, 습지, 소의 위장, 심지어 인간의 위장에서도 발견되며 소화 할 수없는 당분을 분해하여 메탄과 에너지를 생성합니다.

• Archaeabacteria – 고대 원핵 생물 혈통.한때 박테리아의 하위 유형으로 여겨 졌던 현대 분석에 따르면 고세균은 현대 박테리아와 완전히 다른 혈통이라는 사실이 밝혀졌습니다.
• 박테리아 – 현대 원핵 생물 왕국. 오늘날, 그들은 고세균과 구별하기 위해 때때로 “유 박테리아”또는 “진정한 박테리아”라고 불립니다.
• 전자 수송 사슬 – 세포가 환경에서 에너지를 수확하기 위해 자주 사용하는 원리. 전자는 일련의 단백질을 통과하여 에너지를 수확하여 ATP와 같은 생명을주는 분자를 생성합니다.

퀴즈

1. 다음 중 화학 합성에 대해 사실이 아닌 것은 무엇입니까?
A. 화학 물질의 에너지를 이용하여 유기 화합물을 만드는 과정입니다.
B. 햇빛의 에너지 없이는 완성 될 수 없습니다.
C. 전자 수송 사슬을 사용하여 전자에서 에너지를 추출합니다.
D. 시작 탄소 화합물과 화학 에너지 원이 모두 필요합니다.

2. 다음 중 화학 합성 방정식이 사실이 아닌 것은 무엇입니까?
A. 반응물 측에 이산화탄소와 같은 탄소 함유 무기 화합물이 필요합니다.
B. 반응물 측에 화학 에너지 원이 필요합니다.
C. 제품 측면에서 설탕과 같은 유기 분자로 끝납니다.
D. 제품 측면에서 화학 에너지 원의 변형 된 버전으로 끝납니다.
E. 해당 사항 없음.

3. 다음 중 화학 합성 세균이 아닌 것은?
A. 철분 박테리아
B. 메탄 생성 박테리아
C. 유황 박테리아
D. 질소 고정 박테리아
E. 해당 사항 없음.