Chemotrof - Chemotroph

Chemotrofie jsou organismy, které získají energii podle oxidací z donorů elektronů v jejich prostředí. Tyto molekuly mohou být organické ( chemoorganotrofy ) nebo anorganické ( chemolitotrofy ). Chemotrofické označení je na rozdíl od fototrofních , které využívají sluneční energii. Chemotrofy mohou být buď autotrofní nebo heterotrofní . Chemotrofy lze nalézt na dně oceánů, kam se sluneční světlo nedostane. Nebo nad zemí, jako je tomu v případě železných bakterií.

Chemoautotrof

Černý kuřák ventilovat v Atlantském oceánu , které poskytují energii a živiny pro chemotrofie

Chemoautotrofy (nebo chemotrofický autotrof) ( řecky : Chemo (χημεία) = chemikálie, auto (εαυτός) = já, trofej (τροφή) = výživa), kromě získávání energie z chemických reakcí syntetizují všechny potřebné organické sloučeniny z oxidu uhličitého . Chemoautotrofy mohou používat anorganické zdroje elektronů, jako je sirovodík , elementární síra , železné železo , molekulární vodík a amoniak nebo organické zdroje. Většina chemoautotrofů jsou extremofilové , bakterie nebo archea, kteří žijí v nepřátelském prostředí (jako jsou hlubinné průduchy ) a jsou hlavními producenty těchto ekosystémů . Chemoautotrofy obecně spadají do několika skupin: methanogeny , oxidační činidla a reduktory síry , nitrifikátory , bakterie anammox a termoacidofily . Příkladem jednoho z těchto prokaryot může být Sulfolobus . Chemolitotrofní růst může být dramaticky rychlý, například u Hydrogenovibrio crunogenus s dobou zdvojnásobení kolem jedné hodiny.

Termín „ chemosyntéza “, který v roce 1897 vytvořil Wilhelm Pfeffer , byl původně definován jako produkce energie oxidací anorganických látek ve spojení s autotrofií - co by se dnes nazývalo chemolithoautotropie. Později by tento termín zahrnoval také chemoorganoautotropii, to znamená, že ji lze považovat za synonymum chemoautotropie.

Chemoheterotrofní

Chemoheterotrofy (nebo chemotrofní heterotrofy) ( Gr : Chemo (χημία) = chemikálie, hetero (ἕτερος) = (an) jiné, trofej (τροφιά) = výživa) nejsou schopné fixovat uhlík za vzniku vlastních organických sloučenin. Chemoheterotrofy mohou být chemolithoheterotrofy, využívající anorganické zdroje elektronů, jako je síra, nebo, mnohem častěji, chemoorganoheterotrofy, využívající zdroje organických elektronů, jako jsou uhlohydráty , lipidy a proteiny . Většina zvířat a hub je příkladem chemoheterotrofů, které získávají většinu své energie z O 2 . Halofilové jsou chemoheterotrofní.

Bakterie oxidující železo a mangan

V hlubokých oceánech získávají bakterie oxidující železo své energetické potřeby oxidací železného železa (Fe 2+ ) na železité železo (Fe 3+ ). Elektron konzervovaný z této reakce redukuje dýchací řetězec a může být tedy použit při syntéze ATP dopředným transportem elektronů nebo NADH reverzním transportem elektronů , nahrazující nebo zesilující tradiční fototrofismus .

  • Bakterie oxidující železo mohou obecně existovat pouze v oblastech s vysokými koncentracemi železného železa, jako jsou nová lávová lůžka nebo oblasti hydrotermální aktivity. Většina oceánu neobsahuje železo, a to jak kvůli oxidačnímu účinku rozpuštěného kyslíku ve vodě, tak kvůli tendenci bakterií přijímat železo.
  • Lávová lůžka zásobují bakterie železnatým železem přímo ze zemského pláště, ale pouze nově vytvořené vyvřelé horniny mají dostatečně vysokou hladinu železného železa. Navíc, protože kyslík je pro reakci nezbytný, jsou tyto bakterie mnohem častější v horním oceánu, kde je kyslík hojnější.
  • Stále není známo, jak přesně železné bakterie extrahují železo z horniny. Je akceptováno, že existuje nějaký mechanismus, který žere skálu, možná prostřednictvím specializovaných enzymů nebo sloučenin, které vynášejí na povrch více FeO. Dlouho se diskutovalo o tom, jak velká část zvětrávání horniny je způsobena biotickými složkami a kolik lze přičíst abiotickým složkám .
  • Hydrotermální průduchy také uvolňují velké množství rozpuštěného železa do hlubokého oceánu, což umožňuje bakteriím přežít. Vysoký tepelný gradient kolem ventilačních systémů navíc znamená, že může koexistovat široká škála bakterií, z nichž každá má svůj vlastní specializovaný teplotní výklenek.
  • Bez ohledu na použitou katalytickou metodu poskytují chemoautotrofní bakterie významný, ale často přehlížený zdroj potravy pro hlubinné ekosystémy - které jinak přijímají omezené sluneční světlo a organické živiny.

Bakterie oxidující mangan také využívají vyvřelé lávové kameny v podstatě stejným způsobem; oxidací manganatého manganu (Mn 2+ ) na manganový (Mn 4+ ) mangan. Mangan je vzácnější než železná oceánská kůra, ale pro bakterie je mnohem snazší jej získat z vyvřelého skla. Kromě toho každá oxidace manganu daruje buňce dva elektrony oproti jednomu pro každou oxidaci železa, ačkoli množství ATP nebo NADH, které lze syntetizovat v páru k těmto reakcím, se mění s pH a specifickou reakční termodynamikou, pokud jde o to, kolik Gibbs změna volné energie probíhá během oxidačních reakcí versus energetická změna potřebná pro tvorbu ATP nebo NADH , přičemž všechny se mění podle koncentrace, pH atd. O bakteriích oxidujících mangan stále zůstává mnoho neznámých, protože nebyly kultivovány a dokumentovány v jakémkoli velkém rozsahu.

Vývojový diagram

Vývojový diagram k určení, zda je druh autotrofní, heterotrofní nebo podtyp

Viz také

Poznámky

  1. ^ Chang, Kenneth (12. září 2016). „Vize života na Marsu v hlubinách Země“ . The New York Times . Vyvolány 12 September je 2016 .
  2. ^ Dobrinski, KP (2005). „Mechanismus soustřeďující uhlík hydrotermálního průduchu Chemolithoautotroph Thiomicrospira crunogena“ . Journal of Bacteriology . 187 (16): 5761–5766. doi : 10.1128/JB.187.16.5761-5766.2005 . PMC  1196061 . PMID  16077123 .
  3. ^ Rich Boden, Kathleen M. Scott, J. Williams, S. Russel, K. Antonen, Alexander W. Rae, Lee P. Hutt (červen 2017). „Hodnocení Thiomicrospira , Hydrogenovibrio a Thioalkalimicrobium : reklasifikace čtyř druhů Thiomicrospira na každý Thiomicrorhabdus gen. Nov. A Hydrogenovibrio a reklasifikace všech čtyř druhů Thioalkalimicrobium na Thiomicrospira “ . International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology . 67 (5): 1140–1151. doi : 10,1099/ijsem.0.001855 . PMID  28581925 .Správa CS1: více jmen: seznam autorů ( odkaz )
  4. ^ Kelly, DP; Wood, AP (2006). „Chemolitotrofní prokaryota“ . Prokaryoti . New York: Springer. s. 441–456. doi : 10,1007/0-387-30742-7_15 . ISBN 978-0-387-25492-0.
  5. ^ Schlegel, HG (1975). „Mechanismy chemo-autotrofie“ (PDF) . V Kinne, O. (ed.). Mořská ekologie . Sv. 2, část I. s. 9–60. ISBN 0-471-48004-5. |volume=má další text ( nápověda )
  6. ^ Davis, Mackenzie Leo; a kol. (2004). Zásady environmentálního inženýrství a vědy . 清华大学 出版社. p. 133. ISBN 978-7-302-09724-2.
  7. ^ Lengeler, Joseph W .; Drews, Gerhart; Schlegel, Hans Günter (1999). Biologie prokaryot . Georg Thieme Verlag. p. 238. ISBN 978-3-13-108411-8.
  8. ^ Dworkin, Martin (2006). Prokaryoty: Ekofyziologie a biochemie (3. vyd.). Springer. p. 989. ISBN 978-0-387-25492-0.
  9. ^ Bergey, David Hendricks; Holt, John G. (1994). Bergeyova příručka determinativní bakteriologie (9. vydání). Lippincott Williams & Wilkins. p. 427. ISBN 978-0-683-00603-2.
  10. ^ Schmidt-Rohr, K. (2020). „Kyslík je High-Energy Molecule Napájení Complex mnohobuněčného života: Základní Opravy Tradiční Bioenergetika“ ACS Omega 5 :. 2221-2233 http://dx.doi.org/10.1021/acsomega.9b03352

Reference

1. Katrina Edwards. Mikrobiologie sedimentačního rybníka a mladého, studeného, hydrologicky aktivního hřebenového boku . Oceánografická instituce Woods Hole.

2. Spojené fotochemické a enzymatické oxidační cesty Mn (II) planktonické bakterie podobné růžovým bakteriím Colleen M. Hansel a Chris A. Francis* Katedra geologických a environmentálních věd, Stanford University, Stanford, Kalifornie 94305-2115 Přijato 28. září 2005/ Přijato 17. února 2006