Kjemosyntesefaser, organismer, forskjeller med fotosyntese

De kjemosyntese Det er en karakteristisk biologisk prosess av visse autotrofe organismer som utnytter kjemisk energi for å konvertere inorganiske stoffer til organisk materiale. Det skiller seg fra fotosyntesen der sistnevnte bruker energi fra sollys.

Organismer som er i stand til å utføre kjemosyntese er generelt prokaryoter som bakterier og andre mikroorganismer som buer, som trekker ut energi fra reaksjoner som involverer oksidasjon av veldig små forbindelser.

Fotografi av Riftia Pachyptila, A Chemosynthetic Organism (Kilde: NOA Okaanos Explorer Program, Rift Expedition 2011 [Public Domain] via Wikimedia Commons)

De vanligste eksemplene på kjemiske bakterier er nitrifiserende bakterier, som oksiderer ammonium for å produsere nitrogendioksid, så vel som svovelbakterier, i stand til å oksidere svovelsyre, svovel og andre svovelforbindelser.

[TOC]

Opprinnelsen til konseptet

Mikrobiologen Sergei Winogradsky, i 1890, var den første forskeren som snakket om den mulige eksistensen av kjemiske prosesser, siden han antok at det skulle være en prosess som ligner på fotosyntesen som brukte en energikilde forskjellig fra sollyset til sollyset.

Begrepet "kjemosyntese" ble imidlertid myntet i 1897 av Pfeffer. Winogradskys teorier ble bevist i 1977 under ekspedisjonen som ble gjort av "Alvin" -ubåten mot havets dype vann, rundt Galapagos -øyene.

I denne ekspedisjonen oppdaget forskere ombord på ubåten bakterielle økosystemer som lever i nærvær av uorganisk materiale og andre i symbiose med noen virvelløse marine dyr.

For tiden er forskjellige kjemosyntetiske økosystemer kjent over hele verden, spesielt assosiert med marine og oseaniske miljøer, og i mindre grad med terrestriske økosystemer. I disse miljøene representerer kjemosyntetiske mikroorganismer viktige primærprodusenter av organisk materiale.

Faser

Kjemosyntese forekommer, nesten alltid, ved grensesnittet mellom middels aerobe og anaerobe miljøer, der sluttproduktene av anaerob nedbrytning og store mengder oksygen er konsentrert.

Som fotosyntese har kjemosyntese godt definerte faser: en oksidativ og en biosyntetisk. Den første bruker uorganiske forbindelser og i løpet av det andre organiske stoffet oppstår.

Oksidativ fase

I løpet av denne første fasen og avhengig av hvilken type organisme som blir vurdert, er forskjellige typer reduserte uorganiske forbindelser som ammoniakk, svovel og dens derivater, jern, noen derivater av nitrogen, hydrogen, etc.

I denne fasen frigjør oksidasjonen av disse forbindelsene energien som utnyttes for ADP -fosforylering, dannende ATP, en av de viktigste energivalutaene til levende vesener og i tillegg reduserer kraft i form av NADH -molekyler i form av NADH -molekyler.

Det kan tjene deg: Jaliscos flora og fauna: Representative arter

En særegenhet ved den kjemosyntetiske prosessen har å gjøre med hvilken del av ATP som genereres som brukes til å drive omvendt transport av elektronkjeden, for å oppnå mer reduserende midler i form av NADH.

Oppsummert består dette stadiet av dannelsen av ATP fra oksidasjon av passende elektrondonorer, hvis biologisk nyttige energi brukes i biosyntesefasen.

Biosyntesefase

Biosyntesen av organisk materiale (kullsyreholdige forbindelser) oppstår takket være bruken av energien som er inneholdt i de høye energibindingene til ATP og den reduserende kraften som er lagret i NADH -molekylene.

Denne andre fasen av kjemosyntesen er "homolog" som den oppstår til under fotosyntesen, siden fiksering av karbonatomer er gitt i organiske molekyler.

På samme måte er karbondioksid (CO2) festet i form av organiske karbonatomer, mens ATP blir ADP og uorganisk fosfat.

Kjemosyntetiske organismer

Det er forskjellige typer kjemosyntetiske mikroorganismer, å være noen leger og andre forpliktet. Dette betyr at noen utelukkende er avhengige av kjemosyntese for å oppnå energi og organisk materiale, og andre gjør det hvis miljøforholdene dem.

Kjemosyntetiske mikroorganismer er ikke veldig forskjellige fra andre mikroorganismer, siden de også får energi fra elektrontransportprosesser der molekyler som flavinas, kinoner og cytokromer er involvert.

Fra denne energien er de i stand til å syntetisere de cellulære komponentene fra sukkerene som er internt syntetisert takket være den reduserende assimilasjonen av karbondioksid.

Noen forfattere anser at kjemosyntetiske organismer kan deles inn i kjemi-organoautotrofer og kjemi-lithoautotrofer, i henhold til den typen forbindelse som de trekker ut henholdsvis energi, som kan være organisk eller uorganisk, henholdsvis organisk eller uorganisk.

Når det gjelder prokaryoter, er de fleste av de kjemosyntetiske organismer gram -negative bakterier, vanligvis av sjangeren Pseudomonas og andre relatert. Blant disse er:

- Nitrifiserer bakterier.

- Bakterier som er i stand til å oksidere svovel- og svovelforbindelser (Bakteriell svovel).

- Bakterier som er i stand til å oksidere hydrogen (Hydrogenbakterier).

- Bakterier som er i stand til å oksidere jern (Jernbakterier).

Kjemosyntetiske mikroorganismer bruker en type energi som vil gå tapt i biosfæresystemet. Disse utgjør mye av biologisk mangfold og befolkningstetthet av mange økosystemer der innføringen av organisk materiale er svært begrenset.

Kan tjene deg: Intra -spesifikk konkurranse: Kjennetegn, typer og eksempler

Klassifiseringen har å gjøre med forbindelser som er i stand til å bruke elektrondonorer.

Nitrifiserer bakterier

De ble oppdaget i 1890 av Winogradsky og noen av sjangrene beskrevet så langt formaggregater som er omgitt av samme membran. De er ofte isolert fra terrestriske miljøer.

Nitrifisering innebærer ammoniumoksidasjon (NH4) til nitritter (NO2-) og nitritter (NO2-) til nitrater (NO3-). De to gruppegruppene som deltar i denne prosessen, ofte sameksisterer i samme habitat for å dra nytte av begge typer forbindelser bruker CO2 som karbonkilde.

Bakterier som er i stand til å oksidere svovel- og svovelforbindelser

Dette er bakterier som er i stand til å oksidere uorganiske svovelforbindelser og avsette svovel inne i cellen i spesifikke rom. Innenfor denne gruppen klassifiseres noen filamentøse og ikke -filamentøse bakterier av forskjellige sjangre av valgfrie og obligatoriske bakterier.

Disse organismer er i stand til å bruke svovelforbindelser som er svært giftige for de fleste organismer.

Forbindelsen som oftest brukes av denne typen bakterier er H2S -gass (svovelsyre). Imidlertid kan de også bruke elementær svovel, tiosulfater, politikere, metallsulfider og andre molekyler som elektron -givere.

Noen av disse bakteriene fortjener acid pH for å vokse, så de er kjent som acidofile bakterier, mens andre kan gjøre det ved nøytral pH, nærmere "normalitet".

Mange av disse bakteriene kan danne "senger" eller biofilmer i forskjellige typer miljøer, men spesielt i avløp for gruveindustrien, i svovel varme kilder og i oseaniske sedimenter.

De kalles vanligvis fargeløse bakterier, da de skiller seg fra andre grønne og lilla bakterier som er fotoautotrofier som de ikke har pigmenter av noe slag, i tillegg til at de ikke trenger sollyset.

Bakterier som er i stand til å oksidere hydrogen

I denne gruppen er bakterier som er i stand til å vokse i mineralmedier med atmosfærer rike på hydrogen og oksygen og hvis eneste karbonkilde er karbondioksid.

Her er gramnegative og gram positive bakterier, som er i stand til å vokse under heterotrofe forhold, og som kan ha forskjellige typer metabolismer.

Hydrogen akkumuleres fra det anaerobe bruddet av organiske molekyler, som oppnås ved forskjellige fermentative bakterier. Dette elementet er en viktig kilde til kjemosyntetiske bakterier og buer.

Mikroorganismene som er i stand til å bruke den som en elektrondonor, gjør det takket være tilstedeværelsen av en enzymhydrogenase assosiert med membranene, så vel som tilstedeværelsen av oksygen som en elektronisk akseptor.

Det kan tjene deg: Flora og Fauna av Frankrike: Hovedart

Bakterier som er i stand til å oksidere jern og mangan

Denne gruppen av bakterier er i stand til å bruke den genererte energien til oksidasjon av mangan eller jern i jernholdig tilstand til dens jerntilstand. Det inkluderer også bakterier som er i stand til å vokse i nærvær av tiosulfater som uorganiske hydrogentonorer.

Fra det økologiske synspunktet er oksiderende jern- og magnesiumbakterier viktig for miljøavgiftning, siden konsentrasjonen av oppløste toksiske metaller reduseres.

Symbiotiske organismer

I tillegg til frie livsbakterier, er det noen virvelløse dyr som bor i ugjestmilde miljøer, og som er assosiert med visse typer kjemiske bakterier for å overleve.

Oppdagelsen av de første symbionene skjedde etter studiet av en gigantisk rørorm, Riftia Pachyptila, mangler fordøyelseskanalen og oppnår vital energi fra reaksjonene som er gjort av bakteriene som den er assosiert med.

Forskjeller med fotosyntese

Det mest særegne kjennetegn ved kjemosyntetiske organismer er at de kombinerer evnen til å bruke uorganiske forbindelser for å få energi og redusere kraft, samt effektivt fikse karbondioksidmolekyler. Noe som kan skje i totalt fravær av sollys.

Fotosyntese utføres av planter, alger og noen slags bakterier og protozoer. Bruk energien fra sollys for å drive transformasjonen av karbondioksid og vann (fotolyse) til oksygen og karbohydrater, gjennom produksjon av ATP og NADH.

Kjemosyntese utnytter derimot kjemisk energi frigitt fra oksydreduksjonsreaksjoner for å sette karbondioksidmolekyler og produsere sukker og vann takket være å oppnå energi i form av ATP og redusere kraft.

I kjemosyntese, i motsetning til fotosyntesen, er ingen pigmenter involvert og ingen oksygen produseres som et sekundært produkt.

Referanser

1. Dubilier, n., Bergin, ca., & Lott, C. (2008). Symbiotisk mangfold i marine dyr: Kunsten å utnytte kjemosyntese. Naturen vurderer mikrobiologi, 6(10), 725-740.
2. Engel, a. S. (2012). Chemoautotrophy. Encyclopedia of Caves, (1997), 125-134.
3. Engager, e., Ross, f., & Bailey, D. (2009). Konsepter i biologi (13. utg.). McGraw-Hill.
4. Kinne, eller. (1975). Marin økologi. (ENTEN. Kinne, red.), Compute. Underholde. (2. utg., Vol. ). John Wiley & Sons. https: // doi.org/10.1145/973801.973803
5. Les, h. (1962). IV. Undertanker om energien til kjemosyntese. Symposium om autrofon.
6. Pace, m., & Lovett, G. (2013). Primærproduksjon: Grunnlaget for økosystemer. I Fundamenter av økosystemvitenskap (s. 27-51). Elsevier Inc.