Chemosynthese -fasen, organismen, verschillen met fotosynthese

De chemosynthese Het is een karakteristiek biologisch proces van bepaalde autotrofe organismen die chemische energie exploiteren om anorganische stoffen om te zetten in organische stof. Het verschilt van de fotosynthese waarin deze laatste energie uit zonlicht gebruikt.

Organismen die in staat zijn om chemosynthese uit te voeren, zijn in het algemeen prokaryoten zoals bacteriën en andere micro -organismen zoals bogen, die energie extraheren uit reacties die de oxidatie van zeer kleine verbindingen omvatten.

Fotografie door Riftia Pachyptila, een chemosynthetisch organisme (Bron: Noa Okeanos Explorer Program, Rift Expedition 2011 [Public Domain] via Wikimedia Commons)

De meest voorkomende voorbeelden van chemische bacteriën zijn nitrificerende bacteriën, die ammonium oxideren om stikstofdioxide te produceren, evenals zwavelbacteriën, in staat om zwavelzuur, zwavelzuur en andere zwavelverbindingen te oxideren.

[TOC]

Oorsprong van het concept

De microbioloog Sergei Winogradsky, in 1890, was de eerste wetenschapper die het had over het mogelijke bestaan ​​van chemische processen, omdat hij ervan uitging dat er een proces zou moeten zijn vergelijkbaar met dat van fotosynthese dat een bron van energie gebruikte die verschilde van het zonlicht naar het zonlicht.

De term "chemosynthese" werd echter in 1897 bedacht door Pfeffer. Winogradsky's theorieën werden in 1977 bewezen tijdens de expeditie van de "Alvin" onderzeeër naar de diepe wateren van de oceaan, rond de Galapagos -eilanden.

In deze expeditie ontdekten wetenschappers aan boord van de onderzeeër bacteriële ecosystemen die bestaan ​​in aanwezigheid van anorganische materie en anderen in symbiose met sommige ongewervelde zee -dieren.

Momenteel zijn verschillende chemosynthetische ecosystemen wereldwijd bekend, vooral geassocieerd met mariene en oceanische omgevingen en, in mindere mate, met terrestrische ecosystemen. In deze omgevingen vertegenwoordigen chemosynthetische micro -organismen belangrijke primaire producenten van organische materie.

Fasen

Chemosynthese treedt bijna altijd op op het grensvlak van middelgrote aerobe en anaërobe omgevingen, waar de eindproducten van anaërobe ontleding en grote hoeveelheden zuurstof geconcentreerd zijn.

Net als fotosynthese heeft chemosynthese goed gedefinieerde fasen: een oxidatief en een biosynthetische. Het eerste gebruik van anorganische verbindingen en tijdens de tweede organische stof treedt op.

Oxidatieve fase

Tijdens deze eerste fase en afhankelijk van het type organisme dat wordt overwogen, verschillende soorten verminderde anorganische verbindingen zoals ammoniak, zwavel en zijn derivaten, ijzer, sommige derivaten van stikstof, waterstof, enz.

In deze fase geeft de oxidatie van deze verbindingen de energie vrij die wordt benut voor ADP -fosforylering, waardoor ATP wordt gevormd, een van de belangrijkste energieverwanten van levende wezens en bovendien wordt het verminderde vermogen gegenereerd in de vorm van NADH -moleculen.

Het kan je van dienst zijn: Jalisco's Flora en Fauna: Representative Soorten

Een bijzonderheid van het chemosynthetische proces moet doen met welk deel van de ATP dat wordt gegenereerd, wordt gebruikt om het omgekeerde transport van de elektronenketen voort te stuwen, om meer reducerende middelen te verkrijgen in de vorm van NADH.

Samenvattend bestaat deze fase uit de vorming van ATP uit de oxidatie van geschikte elektronendonoren, waarvan de biologisch bruikbare energie wordt gebruikt in de biosynthesefase.

Biosynthesefase

De biosynthese van organisch materiaal (koolzuurhoudende verbindingen) treedt op dankzij het gebruik van de energie in de hoge -energie -bindingen van de ATP en het reducerende vermogen dat is opgeslagen in de NADH -moleculen.

Deze tweede fase van chemosynthese is "homoloog" waaraan het optreedt tijdens fotosynthese, omdat de fixatie van koolstofatomen wordt gegeven in organische moleculen.

In hetzelfde is koolstofdioxide (CO2) gefixeerd in de vorm van organische koolstofatomen, terwijl de ATP ADP en anorganisch fosfaat wordt.

Chemosynthetische organismen

Er zijn verschillende soorten chemosynthetische micro -organismen, zijn enkele artsen en andere verplicht. Dit betekent dat sommigen uitsluitend afhankelijk zijn van chemosynthese om energie en organische stof te verkrijgen, en anderen doen het als de omgevingscondities hen.

Chemosynthetische micro -organismen verschillen niet erg van andere micro -organismen, omdat ze ook energie verkrijgen van elektrontransportprocessen waarbij moleculen zoals flavinas, quinonas en cytochromen betrokken zijn.

Uit deze energie kunnen ze de cellulaire componenten van de suikers die intern worden gesynthetiseerd, synthetiseren.

Sommige auteurs zijn van mening dat chemosynthetische organismen kunnen worden onderverdeeld in chemio-organoautotrofen en chemio-lithoautotrofen, volgens het type verbinding waaruit ze energie extraheren, die respectievelijk organisch of anorganisch kunnen zijn,.

Wat de prokaryoten betreft, zijn de meeste chemosynthetische organismen gram -negatieve bacteriën, meestal van het genre Pseudomonas en anderen waren gerelateerd. Onder deze zijn:

- Nitrificerende bacteriën.

- Bacteriën die in staat zijn om zwavel- en zwavelverbindingen te oxideren (Bacteriële zwavel)).

- Bacteriën die in staat zijn om waterstof te oxideren (Waterstofbacterie)).

- Bacteriën die in staat zijn om ijzer te oxideren (IJzeren bacterie)).

Chemosynthetische micro -organismen gebruiken een soort energie die verloren zou gaan in het biosfeersysteem. Deze vormen veel van de biodiversiteit en bevolkingsdichtheid van veel ecosystemen waar de introductie van organische stof zeer beperkt is.

Kan u van dienst zijn: intra -specifieke concurrentie: kenmerken, typen en voorbeelden

De classificatie heeft te maken met verbindingen die in staat zijn om elektronendonoren te gebruiken.

Nitrificerende bacteriën

Ze werden in 1890 ontdekt door Winogradsky en sommige van de tot nu toe beschreven genres vormen aggregaten die zijn omgeven door hetzelfde membraan. Ze zijn gewoonlijk geïsoleerd van terrestrische omgevingen.

Nitrificatie impliceert ammoniumoxidatie (NH4) tot nitrieten (No2-) en nitrieten (NO2-) tot nitraten (No3-). De twee groepen bacteriën die deelnemen aan dit proces, bestaan ​​vaak naast elkaar in dezelfde habitat om te profiteren van beide soorten verbindingen, gebruiken CO2 als koolstofbron.

Bacteriën die in staat zijn om zwavel- en zwavelverbindingen te oxideren

Dit zijn bacteriën die in staat zijn om anorganische zwavelverbindingen te oxideren en zwavel in de cel in specifieke compartimenten af ​​te zetten. Binnen deze groep zijn sommige filamenteuze en niet -filamenteuze bacteriën van verschillende genres van optionele en verplichte bacteriën geclassificeerd.

Deze organismen zijn in staat om zwavelverbindingen te gebruiken die zeer giftig zijn voor de meeste organismen.

De verbinding die het meest wordt gebruikt door dit type bacteriën is H2S -gas (zwavelzuur). Ze kunnen echter ook elementaire zwavel, thiosulfaten, politici, metaalsulfiden en andere moleculen zoals elektronendonoren gebruiken.

Sommige van deze bacteriën verdienen zure pH om te groeien, dus ze staan ​​bekend als acidofiele bacteriën, terwijl anderen het bij neutrale pH kunnen doen, dichter bij "normaliteit".

Veel van deze bacteriën kunnen "bedden" of biofilms vormen in verschillende soorten omgevingen, maar vooral in de afvoeren van de mijnindustrie, in zwavelweerbanen en in oceanische sedimenten.

Ze worden meestal kleurloze bacteriën genoemd, omdat ze verschillen van andere groene en paarse bacteriën die fotoautotrofieën zijn die ze geen pigmenten hebben, naast het niet nodig hebben van het zonlicht.

Bacteriën die in staat zijn om waterstof te oxideren

In deze groep zijn bacteriën in staat om in minerale media te groeien met atmosferen die rijk zijn aan waterstof en zuurstof en waarvan de enige koolstofbron koolstofdioxide is.

Hier zijn gram negatief en gram positieve bacteriën, in staat om te groeien in heterotrofe omstandigheden en die verschillende soorten metabolismen kunnen hebben.

Waterstof accumuleert zich van de anaërobe breuk van organische moleculen, die wordt bereikt door verschillende fermentatieve bacteriën. Dit element is een belangrijke bron van chemosynthetische bacteriën en bogen.

De micro -organismen die het als een elektronendonor kunnen gebruiken, doen dit dankzij de aanwezigheid van een enzymhydrogenase geassocieerd met zijn membranen, evenals de aanwezigheid van zuurstof als elektronische acceptor.

Het kan u van dienst zijn: Flora en Fauna of Frankrijk: hoofdsoorten

Bacteriën die in staat zijn om ijzer en mangaan te oxideren

Deze groep bacteriën kan de gegenereerde energie van de oxidatie van mangaan of ijzer in een ijzerstaat naar zijn ijzerstaat gebruiken. Het omvat ook bacteriën die kunnen groeien in aanwezigheid van thiosulfaten zoals anorganische waterstofdonoren.

Vanuit ecologisch oogpunt zijn oxiderende ijzer en magnesiumbacteriën belangrijk voor het ontgiften van de omgeving, omdat de concentratie van opgeloste toxische metalen afneemt.

Symbiotische organismen

Naast bacteriën in vrije levensduur zijn er enkele ongewervelde dieren die onherbergbare omgevingen bewonen en die worden geassocieerd met bepaalde soorten chemische bacteriën om te overleven.

De ontdekking van de eerste symbions vond plaats na de studie van een gigantische buisworm, Riftia pachyptila, Het ontbreken van een spijsverteringskanaal en verkrijgt vitale energie uit de reacties van de bacteriën waarmee het is geassocieerd.

Verschillen met fotosynthese

Het meest onderscheidende kenmerk van chemosynthetische organismen is dat ze het vermogen combineren om anorganische verbindingen te gebruiken om energie en reductievermogen te verkrijgen, evenals effectief oplossen van koolstofdioxidemoleculen. Iets dat kan gebeuren bij totale afwezigheid van zonlicht.

Fotosynthese wordt uitgevoerd door planten, algen en enkele soorten bacteriën en protozoa. Gebruik de energie van zonlicht om de transformatie van koolstofdioxide en water (fotolyse) voort te stuwen in zuurstof en koolhydraten, door de productie van ATP en NADH.

Chemosynthese daarentegen maakt gebruik van chemische energie die wordt afgegeven uit oxide-reductiereacties om koolstofdioxidemoleculen in te stellen en suikers en water te produceren dankzij het verkrijgen van energie in de vorm van ATP en het verminderen van kracht.

In chemosynthese, in tegenstelling tot fotosynthese, zijn er geen pigmenten betrokken en wordt er geen zuurstof geproduceerd als een secundair product.

Referenties

1. Dubilier, n., Bergin, c., & Lott, c. (2008). Symbiotische diversiteit in mariene dieren: de kunst van het benutten van chemosynthese. Nature Reviews Microbiology, 6(10), 725-740.
2. Engel, een. S. (2012). Chemoautotrofie. Encyclopedie van grotten, (1997), 125-134.
3. Engager, e., Ross, f., & Bailey, D. (2009). Concepten in de biologie (13e ed.)). McGraw-Hill.
4. Kinne, of. (1975). Mariene ecologie. (OF. Kinne, ed.)), Berekenen. Vermaken. (2e ed., Vol. Ii). John Wiley & Sons. https: // doi.org/10.1145/973801.973803
5. Lees, h. (1962). Iv. Subgedachten over de energetica van chemosynthese. Symposium over autrofee.
6. Tempo, m., & Lovett, g. (2013). Primaire productie: de basis van ecosystemen. In Fundamenten van ecosysteemwetenschap (PP. 27-51). Elsevier Inc.