ChemosyntezachemosyntezaChemosynteza polega na produkcji cukrów z udziałem energii pochodzącej z utleniania związków nieorganicznych lub metanu. Proces ten zwany jest też chemoautotrofią i przeprowadzany wyłącznie przez organizmy prokariotyczneorganizmy prokariotyczne, Prokaryotaorganizmy prokariotyczne.

W przebiegu chemosyntezy wyróżniamy dwa etapy. W pierwszym z nich dochodzi do utlenienia związku chemicznego, w wyniku czego uwalniana jest energia magazynowana w ATPATP, adenozynotrifosforanATP. Następnie energia ta służy do produkcji cukrów z dwutlenku węgla i wody. Poszczególne organizmy różnią się między sobą rodzajem utlenianych związków, dzięki czemu można je zaklasyfikować do dwóch głównych grup: chemolitotrofówchemolitotrofychemolitotrofów i chemoorganotrofówchemoorganotrofychemoorganotrofów.

W pierwszej kolejności omówione zostaną chemolitotrofy, jako grupa zdecydowanie bardziej zróżnicowana. Źródłem energii dla tych prokariotów są związki azotu, siarki, żelaza czy wodoru. W zależności od wykorzystywanego substratu podzielono je na podgrupy:

Bakterie nitryfikacyjne

Bakterie nitryfikacyjne

Mikroorganizmy należące do tej grupy występują bardzo powszechnie w glebie czy wodzie. Wykorzystuje się je również w oczyszczalniach ścieków. Zaliczamy do nich dwie podgrupy. Pierwsza prowadzi proces utleniania amoniaku do azotynów, a jej najbardziej znanymi przedstawicielami są bakterie z rodzaju Nitrosomonas. Druga grupa, do której zaliczamy bakterie Nitrobacter, utlenia powstałe azotyny do azotanów.

RVJ9wehfaWOlx

Na schemacie przedstawiony jest przebieg chemosyntezy u bakterii nitryfikacyjnych. W owalnym polu z zielonymi konturami widnieje napis NH indeks dolny 3. Prowadzi od niego pozioma strzałka do kolejnego owalnego pola z napisem NH indeks dolny 2 OH. Do strzałki tej prowadzi również pionowa strzałka z grotem skierowanym w dół z napisem monooksygenaza amoniakowa. Od pola z napisem NH indeks dolny 2 OH prowadzi w górę strzałka do pola z napisem N indeks dolny 2 OH. Dalej prowadzi od niego kolejna pozioma strzałka do pola z napisem NO indeks dolny 2 indeks górny minus. Do strzałki tej prowadzi pionowa strzałka z grotem skierowanym w dół z napisem oksydoreduktaza hydroksyloaminy. Od pola z napisem NO indeks dolny 2 indeks górny minus prowadzi w górę strzałka do pola z napisem N indeks dolny 2 O. Od pola z napisem NO indeks dolny 2 indeks górny minus prowadzi pozioma strzałka do pola z napisem NO indeks dolny 3 indeks górny minus. Do strzałki tej prowadzi również pionowa strzałka z grotem skierowanym w dół z napisem oksydoreduktaza azotynów. Pod polem z napisem NO indeks dolny 2 indeks górny minus biegnie pionowa linia w dół. Przed nią lewej strony znajduje się równanie O indeks dolny 2 dodać 2H indeks górny plus, od którego prowadzi półokrągła strzałka do napisu H indeks dolny 2 O. Pod tym napisem biegnie w drugą stronę półokrągła strzałka z napisem 2e indeks górny minus. Pod spodem widnieje napis: utlenianie amoniaku. Za pionową strzałką w dół z prawej strony znajduje się napis: utlenianie azotynów.

Obecność bakterii nitryfikacyjnych w glebie jest niezmiernie ważna. Organizmy te wzbogacają glebę w związki azotu przyswajalne dla roślin, dzięki czemu poprawia się żyzność gleb.

Bakterie siarkowe

Bakterie siarkowe

Ta grupa mikroorganizmów zasiedla zbiorniki wodne, obfitujące w związki siarki, np. gorące źródła siarkowe, osady denne, a nawet ścieki. Siarka jest niezbędnym pierwiastkiem do życia, ponieważ służy do syntezy dwóch aminokwasów: cysteiny i metioniny. Bakterie siarkowe jako jedyne mają zdolność korzystania z siarkowodoru lub siarki pierwiastkowej (oraz innych związków siarki) jako źródła siarki, podczas gdy większość organizmów wykorzystuje siarczany lub cysteinę. Przedstawiciele tej grupy mikroorganizmów to bakterie z rodzajów Thiobacillus i Sulfolobus, Thiothrix i Beggiatoa. Wykorzystują one proces utleniania związków siarki jako źródła energii.

HIndeks dolny 2₂S + 2OIndeks dolny 2₂ → 2HIndeks górny +⁺ + SOIndeks dolny 4₄Indeks górny 2-^2- + 789 kJ∙molIndeks górny -1^-1

SIndeks górny 0⁰ + HIndeks dolny 2₂O + 1½OIndeks dolny 2₂ → 2HIndeks górny +⁺ + SOIndeks dolny 4₄Indeks górny 2-^2- + 587 kJ∙molIndeks górny -1^-1

HIndeks dolny 2₂S + ½OIndeks dolny 2₂ → SIndeks górny 0⁰ + HIndeks dolny 2₂O + 210 kJ∙molIndeks górny -1^-1

Bakterie wodorowe

Bakterie wodorowe

Jest to grupa bakterii występujących głównie w glebie lub niektórych środowiskach beztlenowych. Prowadzą one proces utleniania wodoru cząsteczkowego do wody. Przykładem takich bakterii są Hydrogenomonas i Mycobacterium. Z kolei Micrococcus denitrificans występuje w środowiskach beztlenowych. Dla tych bakterii donorem elektronów również jest wodór, ale ich akceptorem związki inne niż tlen.

HIndeks dolny 2₂ + ½OIndeks dolny 2  Indeks dolny koniec₂ → HIndeks dolny 2₂O + 237 kJ∙molIndeks górny -1^-1

Bakterie żelaziste (żelazowe)

Bakterie żelaziste (żelazowe)

Spotykane są często w środowiskach wodnych o niskim pH, w studniach, a nawet w rurach doprowadzających wodę pitną. Uzyskują energię z utleniania jonów żelaza(II) do jonów żelaza(III). Przykładem jest Thiobacillus ferrooxidans.

4FeCOIndeks dolny 3₃ + OIndeks dolny 2₂ + 6HIndeks dolny 2₂O → 4Fe(OH)Indeks dolny 3₃ + 4COIndeks dolny 2₂ + 11 kJ∙molIndeks górny -1^-1

R2a4kQvSCrfrx

Na zdjęciu przedstawione jest wnętrze jaskini oraz dwójka ludzi. Mają na głowie czapki z daszkiem, jasne bluzy i spodnie, w rękach trzymają długie pręty, którymi się podpierają. Otaczają ich wysokie ściany skalne w kolorze brązowym i szarym. Na skalnych ścianach widnieją pomarańczowe zacieki.

Druga grupa, chemoorganotrofy, jest znacznie uboższa. Zaliczamy do niej mikroorganizmy czerpiące energię z utleniania związków organicznych, np. metanu czy metanolu. Jako akceptor elektronów wykorzystywany jest tlen.

CHIndeks dolny 4₄ + ½OIndeks dolny 2₂ → CHIndeks dolny 3₃OH → CHOH + 2H + 77 kJ∙molIndeks górny -1^-1

CHOH + HIndeks dolny 2₂O → HCOOH + HIndeks dolny 2₂

HCOOH → COIndeks dolny 2₂ + 2H + 77 kJ∙molIndeks górny -1^-1

Methylobacter to przykład bakterii uzyskującej energię właśnie z takiego procesu. Proces ten jest jednak znacznie mniej wydajny energetycznie niż metabolizm chemolitotrofów.

Chemosynteza jest procesem bardzo starym ewolucyjnie. Pierwsze jednokomórkowe organizmy prowadzące chemosyntezę pojawiły się pradawnym oceanie i w znacznym stopniu przyczyniły do zmiany ówczesnego oblicza Ziemi. Obecnie znaczenie tego procesu jest znikome i nie ma większego wpływu na współczesny kształt planety.

Słownik