Kemosyntesfaser, organismer, skillnader med fotosyntes

De kemosyntes Det är en karakteristisk biologisk process av vissa autotrofiska organismer som utnyttjar kemisk energi för att omvandla oorganiska ämnen till organiskt material. Det skiljer sig från fotosyntesen där den senare använder energi från solljus.

Organismer som kan utföra kemosyntes är i allmänhet prokaryoter såsom bakterier och andra mikroorganismer som bågar, som extraherar energi från reaktioner som involverar oxidation av mycket små föreningar.

Fotografi av Riftia Pachyptila, en kemosyntetisk organisme (källa: Noa Okeanos Explorer -program, Rift Expedition 2011 [Public Domain] via Wikimedia Commons)

De vanligaste exemplen på kemiska bakterier är nitrifierande bakterier, som oxiderar ammonium för att producera kvävedioxid, såväl som svavelbakterier, som kan oxidera svavelsyra, svavel och andra svavelföreningar.

[TOC]

Konceptets ursprung

Mikrobiologen Sergei Winogradsky, 1890, var den första forskaren som pratade om den möjliga existensen av kemiska processer, eftersom han antog att det skulle finnas en process som liknar den för fotosyntes som använde en energikälla från solljuset till solljuset.

Termen "kemosyntes" myntades emellertid 1897 av Pfeffer. Winogradskys teorier bevisades 1977 under expeditionen från "Alvin" -båten mot havets djupa vatten, runt Galapagosöarna.

I denna expedition upptäckte forskare ombord på ubåten bakteriella ekosystem som finns i närvaro av oorganiskt material och andra i symbios med några ryggradslösa marina djur.

För närvarande är olika kemosyntetiska ekosystem kända över hela världen, särskilt förknippade med marina och oceaniska miljöer och i mindre utsträckning med markbundna ekosystem. I dessa miljöer representerar kemosyntetiska mikroorganismer viktiga primära producenter av organiskt material.

Faser

Kemosyntes förekommer nästan alltid, vid gränssnittet mellan medelstora aeroba och anaeroba miljöer, där de slutliga produkterna från anaerob nedbrytning och stora mängder syre koncentreras.

Liksom fotosyntes har kemosyntes väldefinierade faser: en oxidativ och en biosyntetisk. De första använder oorganiska föreningar och under det andra organiska ämnet inträffar.

Oxidativ fas

Under denna första fas och beroende på vilken typ av organisme som beaktas, reducerade olika typer av reducerade oorganiska föreningar såsom ammoniak, svavel och dess derivat, järn, vissa derivat av kväve, väte, etc.

I denna fas frigör oxidationen av dessa föreningar den energi som utnyttjas för ADP -fosforylering, bildande ATP, en av de viktigaste energiburutorna för levande varelser och dessutom minskar kraften i form av NADH -molekyler.

Det kan tjäna dig: Jaliscos flora och fauna: representativa arter

En egenhet i den kemosyntetiska processen har att göra med vilken del av ATP som genereras används för att driva omvänd transport av elektronkedjan för att få mer reducerande medel i form av NADH.

Sammanfattningsvis består detta steg av bildningen av ATP från oxidation av lämpliga elektrondonatorer, vars biologiskt användbara energi används i biosyntesfasen.

Biosyntesfas

Biosyntesen av organiskt material (kolsyrade föreningar) inträffar tack vare användningen av energin som finns i ATP: s höga energibindningar och den reducerande kraften lagrad i NADH -molekylerna.

Denna andra fas av kemosyntes är "homolog" som den inträffar under fotosyntesen, eftersom fixeringen av kolatomer ges i organiska molekyler.

På samma sätt är koldioxid (CO2) fixerad i form av organiska kol, medan ATP blir ADP och oorganiskt fosfat.

Kemosyntetiska organismer

Det finns olika typer av kemosyntetiska mikroorganismer, att vara vissa läkare och andra skyldiga. Detta innebär att vissa uteslutande beror på kemosyntes för att få energi och organiskt material, och andra gör det om miljön villkorar dem.

Kemosyntetiska mikroorganismer skiljer sig inte så mycket från andra mikroorganismer, eftersom de också får energi från elektrontransportprocesser där molekyler som flavinor, kinonor och cytokromer är involverade.

Från denna energi kan de syntetisera de cellulära komponenterna från sockerarter som är internt syntetiserade tack vare den reducerande assimilering av koldioxid.

Vissa författare anser att kemosyntetiska organismer kan delas in i kemioorganoautotrofer och kemio-lithoautotrofer, beroende på den typ av förening från vilken de extraherar energi, som kan vara organiska respektive oorganiska, respektive.

När det gäller prokaryoter är de flesta kemosyntetiska organismer Gram -negativa bakterier, vanligtvis av genren Pseudomonas och andra relaterade. Bland dessa är:

- Nitrifierande bakterier.

- Bakterier som kan oxidera svavel- och svavelföreningar (Bakteriesavel).

- Bakterier som kan oxidera väte (Vätebakterier).

- Bakterier som kan oxidera järn (Järnbakterier).

Kemosyntetiska mikroorganismer använder en typ av energi som skulle gå förlorad i biosfärsystemet. Dessa utgör mycket av biologisk mångfald och befolkningstäthet i många ekosystem där införandet av organiskt material är mycket begränsat.

Kan tjäna dig: intra -specifik konkurrens: egenskaper, typer och exempel

Dess klassificering har att göra med föreningar som kan använda elektrondonatorer.

Nitrifierande bakterier

De upptäcktes 1890 av Winogradsky och några av de genrer som beskrivs hittills bildar aggregat som är omgiven av samma membran. De är vanligtvis isolerade från markmiljöer.

Nitrifikation innebär ammoniumoxidation (NH4) för nitriter (NO2-) och nitriter (NO2-) för nitrater (NO3-). De två grupperna av bakterier som deltar i denna process, som ofta samexisterar i samma livsmiljö för att dra nytta av båda typerna av föreningar använder CO2 som kolkälla.

Bakterier som kan oxidera svavel- och svavelföreningar

Dessa är bakterier som kan oxidera oorganiska svavelföreningar och avsätta svavel inuti cellen i specifika fack. Inom denna grupp klassificeras vissa filamentösa och icke -filamentösa bakterier av olika genrer av valfria och obligatoriska bakterier.

Dessa organismer kan använda svavelföreningar som är mycket giftiga för de flesta organismer.

Den förening som oftast används av denna typ av bakterier är H2S -gas (svavelsyra). De kan emellertid också använda elementära svavel, tiosulfater, politiker, metallsulfider och andra molekyler som elektrondonatorer.

Vissa av dessa bakterier förtjänar syrat pH att växa, så de är kända som acidofila bakterier, medan andra kan göra det vid neutralt pH, närmare "normalitet".

Många av dessa bakterier kan bilda "bäddar" eller biofilmer i olika typer av miljöer, men särskilt i avloppet från gruvindustrin, i svavel varma källor och i oceaniska sediment.

De kallas vanligtvis färglösa bakterier, eftersom de skiljer sig från andra gröna och lila bakterier som är fotoautotrofier som de inte har pigment av något slag, förutom att de inte behöver solljuset.

Bakterier som kan oxidera väte

I denna grupp finns bakterier som kan växa i mineralmedia med atmosfärer som är rika på väte och syre och vars enda kolkälla är koldioxid.

Här är Gram -negativa och Gram -positiva bakterier, som kan växa under heterotrofiska förhållanden och som kan ha olika typer av metabolismer.

Väte ackumuleras från det anaeroba brottet av organiska molekyler, som uppnås med olika fermentativa bakterier. Detta element är en viktig källa till kemosyntetiska bakterier och bågar.

Mikroorganismerna som kan använda den som en elektrondonator gör så tack vare närvaron av ett enzymhydrogenas associerat med dess membran, liksom närvaron av syre som en elektronisk acceptor.

Det kan tjäna dig: Flora och Fauna of France: Huvudart

Bakterier som kan oxidera järn och mangan

Denna grupp av bakterier kan använda den genererade energin i oxidationen av mangan eller järn i järnhaltigt tillstånd till dess järntillstånd. Det inkluderar också bakterier som kan växa i närvaro av tiosulfater som oorganiska vätegivare.

Ur den ekologiska synvinkeln är oxidation av järn och magnesiumbakterier viktiga för miljöavgiftning, eftersom koncentrationen av upplöst toxiska metaller minskar.

Symbiotiska organismer

Förutom fria livsbakterier, finns det några ryggradslösa djur som bor i invånliga miljöer och som är förknippade med vissa typer av kemiska bakterier för att överleva.

Upptäckten av de första symbionerna inträffade efter studien av en gigantisk rörmask, Riftia pachyptila, saknar matsmältningskanal och får vital energi från de reaktioner som gjorts av bakterierna som den är associerad.

Skillnader med fotosyntes

Det mest utmärkande kännetecknet för kemosyntetiska organismer är att de kombinerar förmågan att använda oorganiska föreningar för att få energi och reducerande kraft, samt effektivt fixa koldioxidmolekyler. Något som kan hända i total frånvaro av solljus.

Fotosyntes utförs av växter, alger och vissa slags bakterier och protozoer. Använd energin från solljus för att driva omvandlingen av koldioxid och vatten (fotolys) till syre och kolhydrater, genom produktion av ATP och NADH.

Kemosyntes, å andra sidan, utnyttjar kemisk energi frisatt från oxidreduceringsreaktioner för att sätta koldioxidmolekyler och producera sockerarter och vatten tack vare erhållning av energi i form av ATP och reducerande kraft.

I kemosyntes, till skillnad från fotosyntes, är inga pigment involverade och inget syre produceras som en sekundär produkt.

Referenser

1. Dubilier, n., Bergin, c., & Lott, c. (2008). Symbiotisk mångfald hos marina djur: konsten att utnyttja kemosyntes. Nature Reviews Microbiology, 6(10), 725-740.
2. Engel, A. S. (2012). Kemoautotrofi. Encyklopedi av grottor, (1997), 125-134.
3. Engager, E., Ross, f., & Bailey, D. (2009). Begrepp i biologi (13: e upplagan.). McGraw-hill.
4. Kinne, eller. (1975). Marin ekologi. (ANTINGEN. Kinne, ed.), Beräkna. Underhålla. (2: a upplagan., Vul. Ii). John Wiley & Sons. https: // doi.org/10.1145/973801.973803
5. Läs, h. (1962). Iv. Undertankar om kemosyntesenergi. Symposium om autrofi.
6. Tempo, m., & Lovett, G. (2013). Primärproduktion: Grunden för ekosystem. I Fundaments of Ecosystem Science (PP. 27-51). Elsevier Inc.