Kjemosyntese

Kjemosyntese Definisjon

Kjemosyntese er omdannelsen av uorganiske karbonholdige forbindelser til organisk materiale som sukker og aminosyrer. Kjemosyntese bruker energi fra uorganiske kjemikalier for å utføre denne oppgaven.

Den uorganiske «energikilden» er vanligvis et molekyl som har elektroner til overs, slik som hydrogengass, hydrogensulfid, ammoniakk eller jernholdig jern. Som fotosyntese og cellulær respirasjon, kjemosyntese bruker en elektrontransportkjede for å syntetisere ATP.

Etter å ha fått elektronene sine passert gjennom elektrontransportkjeden, blir kjemikalien drivstoffkilden dukker opp i en annen form. Hydrogensulfidgass omdannes for eksempel til fast elementært svovel pluss vann.

Begrepet «kjemosyntese» kommer fra grunnordene «kjemo» for «kjemisk» og » syntese ”for” å lage. ” Dens funksjon er lik den fra fotosyntese, som også gjør uorganisk materiale til organisk materiale – men bruker energien fra sollys, i stedet for kjemisk energi til å gjøre det.

I dag brukes kjemosyntese av mikrober som bakterier og archaea. Fordi kjemosyntese alene er mindre effektiv enn fotosyntese eller cellulær respirasjon, kan den ikke brukes til å drive komplekse flercellede organismer.

Noen få flercellede organismer lever i symbiotiske forhold med kjemosyntetiske bakterier, noe som gjør dem til en delvis energikilde. Gigantiske rørormer, for eksempel, er vert for kjemosyntetiske bakterier som forsyner dem med sukker og aminosyrer.

Disse rørormene er imidlertid delvis avhengige av fotosyntese fordi de bruker oksygen (et produkt av fotosyntetiske organismer) for å lage sine kjemosyntese mer effektiv.

Kjemosynteseligning

Det er mange forskjellige måter å oppnå kjemosyntese på. Ligningen for kjemosyntese vil se annerledes ut avhengig av hvilken kjemisk energikilde som brukes. Imidlertid inkluderer alle ligninger for kjemosyntese vanligvis:

Reaktanter:

Produkter:

En vanlig ligningseksempel for kjemosyntese viser transformasjonen av karbondioksid til sukker med hjelpen fra hydrogensulfidgass:

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

Denne ligningen blir noen ganger redusert til sitt enkleste forhold av ingredienser. Dette viser de relative andelene av hver ingrediens som er nødvendig for reaksjonen, selv om den ikke fanger opp den totale mengden hydrogensulfid og karbondioksid som er nødvendig for å lage et enkelt sukkermolekyl.

Den reduserte versjonen ser slik ut:

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

Funksjon av kjemosyntese

Kjemosyntese lar organismer leve uten å bruke energien fra sollys eller stole på andre organismer for mat.

Som kjemosyntese lar det levende ting lage mer av seg selv. Ved å gjøre uorganiske molekyler til organiske molekyler, gjør prosessene med kjemosyntese ikke-levende materie til levende materie. men det brukes også av noen organismer som lever i solrike omgivelser, for eksempel jernbakterier og noen jordbakterier.

Noen forskere mener at kjemosyntese kan brukes av livsformer i solfrie utenomjordiske miljøer, som i havene av Europa eller underjordiske miljøer på Mars.

Det har blitt foreslått at kjemosyntese faktisk kan ha vært den første formen for metabolisme på jorden, med fotosyntese og cellulær respirasjon som utviklet seg senere ettersom livsformene ble mer komplekse. Vi vet kanskje aldri helt sikkert om dette er sant, men noen forskere mener det er interessant å vurdere om sollys eller kjemisk energi var det første drivstoffet for livet på jorden.

Typer av kjemosyntetiske bakterier

Svovelbakterier

Eksemplets ligning for kjemosyntese gitt ovenfor viser bakterier som bruker en svovelforbindelse som energikilde.

Bakteriene i ligningen bruker hydrogensulfidgass (12H2S), og deretter produserer fast, elementært svovel som avfallsprodukt (12S).

Noen bakterier som bruker kjemosyntese bruker selve elementært svovel, eller mer komplekse svovelforbindelser som drivstoffkilder, i stedet for hydrogensulfid.

Metallionbakterier

De mest velkjent type bakterier som bruker metallioner til kjemosyntese er jernbakterier.

Jernbakterier kan faktisk utgjøre et problem for vannsystemer i jernrike miljøer, fordi de spiser oppløste metallioner i jord og vann – og produserer uoppløselige klumper av rustlignende jernjern, som kan flekke rørleggerinnretninger og til og med tette dem opp.

Jernbakterier er imidlertid ikke de eneste organismer som bruker metallioner som energikilde for kjemosyntese. Andre typer bakterier bruker arsen, mangan eller til og med uran som kilder til elektroner for deres elektrontransportkjeder!

Nitrogenbakterier

Nitrogenbakterier er alle bakterier som bruker nitrogenforbindelser i metabolske stoffer. prosess. Mens alle disse bakteriene bruker elektroner fra nitrogenforbindelser for å lage organiske forbindelser, kan de ha svært forskjellige effekter på deres økosystem, avhengig av hvilke forbindelser de bruker.

Nitrogenbakterier kan vanligvis deles inn i tre klasser:

1. Nitrifiserende bakterier:

Nitrifiserende bakterier vokser i jord som inneholder ammoniakk. Ammoniakk er en uorganisk nitrogenforbindelse som er giftig for de fleste planter og dyr – men nitrifiserende bakterier kan bruke den til mat, og til og med gjøre den til en gunstig substans.

Nitrifiserende bakterier tar elektroner fra ammoniakk og omdanner ammoniakk. inn i nitritter, og til slutt nitrater. Nitrater er essensielle for mange økosystemer fordi de fleste planter trenger dem for å produsere essensielle aminosyrer.

Nitrifisering er ofte en totrinnsprosess: en bakterie vil konvertere ammoniakk til en nitritt, og deretter en annen bakterieart vil konvertere det nitritt til et nitrat.

Nitrifiserende bakterier kan gjøre ellers fiendtlig jord til fruktbar grunn for planter, og deretter for dyr.

2. Denitrifiserende bakterier:

Denitrifiserende bakterier bruker nitratforbindelser som energikilde. I prosessen bryter de disse forbindelsene ned i former som planter og dyr ikke kan bruke.

Dette betyr at denitrifiserende bakterier kan være et veldig stort problem for planter og dyr – de fleste plantearter trenger nitrater i jorden i for å produsere essensielle proteiner for seg selv, og for dyrene som spiser dem.

Denitrifiserende bakterier konkurrerer om disse forbindelsene, og kan tømme jord, noe som resulterer i begrenset evne for planter å vokse.

3. Nitrogenfikserende bakterier:

Disse bakteriene er veldig gunstige for økosystemer, inkludert menneskelig jordbruk. De kan gjøre nitrogengass – som utgjør det meste av atmosfæren vår – til nitrater som planter kan bruke til å lage essensielle proteiner.

Historisk sett har det skjedd fruktbarhetsproblemer og til og med sult da jorda ble tømt for nitrater på grunn av naturlig prosesser eller overforbruk av jordbruksland.

Mange kulturer lærte seg å holde jorden fruktbar ved å rotere nitrogenforbrukende avlinger med nitrogenfikserende avlinger.

Hemmeligheten med nitrogenfikserende avlinger er at plantene selv fikser de ikke nitrogen: i stedet har de symbiotiske forhold til nitrogenfikserende bakterier. Disse bakteriene vokser ofte i kolonier rundt plantens røtter og frigjør nitrater i den omkringliggende jorda.

Bildet nedenfor viser røttene til en «nitrogenfikserende plante» – legg merke til de runde knutene som faktisk er , kolonier av nitrogenfikserende kjemosyntetiske bakterier:

Moderne gjødsel er ofte laget av kunstige nitrater, som de forbindelsene som er laget av nitrogenfikserende bakterier.

Metanobakterier

Metanobakterier er egentlig arkebakterier – men forskere begynte å studere dem lenge før de helt forsto forskjellene mellom arkebakterier og «ekte bakterier.»

Både arkebakterier og sanne bakterier er encellede prokaryoter – noe som betyr at de ser ganske like ut under mikroskopet. Men moderne metoder for genetisk og biokjemisk analyse har avdekket at det er viktige kjemiske forskjeller mellom de to, med arkebakterier som bruker mange kjemiske forbindelser og har mange gener som ikke finnes i bakterieriket.

En av evnene som finnes i arkebakterier som ikke finnes i «sanne bakterier» er den metabolske prosessen som skaper metan. Bare arkebakterier kan kombinere karbondioksid og hydrogen for å produsere metan.

Metanobakterier lever i en rekke miljøer – inkludert i ditt eget kropp! Metanobakterier finnes på bunnen av havet, i sump og våtmark, i magen til kyrne – og til og med i menneskets mage, hvor de bryter ned noen sukker vi ikke kan fordøye for å produsere metan og energi.

• Archaeabacteria – En eldgammel slekt av prokaryoter.En gang antatt å være en undertype av bakterier, har moderne analyser avdekket at arkebakterier er en helt annen avstamning fra moderne bakterier.
• Bakterier – Et moderne rike av prokaryoter. I dag kalles de noen ganger «eubakterier» eller «ekte bakterier» for å skille dem fra arkebakterier.
• Elektrontransportkjede – Et prinsipp som ofte brukes av celler for å høste energi fra miljøet. Elektroner føres gjennom en serie proteiner, som høster energien sin for å produsere livgivende molekyler som ATP.

Quiz

1. Hvilket av følgende er IKKE sant for kjemosyntese?
A. Det er prosessen med å bruke energi fra kjemikalier til å lage organiske forbindelser.
B. Den kan ikke fullføres uten energi fra sollys.
C. Den bruker en elektrontransportkjede for å hente ut energi fra elektroner.
D. Det krever både en utgangsstoffkarbonforbindelse, og en kilde til kjemisk energi.

2. Hvilket av følgende stemmer IKKE med ligningen av kjemosyntese?
A. Det krever en karbonholdig uorganisk forbindelse, slik som karbondioksid, på reaktantsiden.
B. Det krever en kilde med kjemisk energi på reaktantsiden.
C. Det ender med et organisk molekyl, for eksempel et sukker, på produktsiden.
D. Den ender med en transformert versjon av den kjemiske energikilden på produktsiden.
E. Ingen av de ovennevnte.

3. Hvilket av følgende er IKKE en type kjemosyntetiske bakterier?
A. Jernbakterier
B. Metanproduserende bakterier
C. Svovelbakterier
D. Nitrogenfikserende bakterier
E. Ingen av de ovennevnte.