CHEMOTROPHE: EIGENSCHAFTEN UND TYPEN - BIOLOGIE - 2025

Die Chemotrophen oder Chemosynthesen sind eine Gruppe von Organismen, die reduzierte anorganische Verbindungen überleben, die als Rohstoff verwendet werden und aus denen Energie gewonnen wird, um sie später im Stoffwechsel der Atemwege zu verwenden.

Diese Eigenschaft, die diese Mikroorganismen haben, Energie aus sehr einfachen Verbindungen zu gewinnen, um komplexe Verbindungen zu erzeugen, wird auch als Chemosynthese bezeichnet, weshalb diese Organismen manchmal auch als Chemosynthetika bezeichnet werden.

Nitrobacter ist eine Gattung chemotropher Bakterien

Ein weiteres wichtiges Merkmal ist, dass sich diese Mikroorganismen von den anderen dadurch unterscheiden, dass sie in streng mineralischen Medien und ohne Licht wachsen. Daher werden sie manchmal als Chemolithotrophe bezeichnet.

Eigenschaften

Lebensraum

Heiße Quellen, Lebensraum chemosynthetischer Bakterien

Diese Bakterien leben dort, wo weniger als 1% Sonnenlicht eindringt, dh sie gedeihen im Dunkeln, fast immer in Gegenwart von Sauerstoff.

Der ideale Ort für die Entwicklung chemosynthetischer Bakterien sind jedoch die Übergangsschichten zwischen aeroben und anaeroben Bedingungen.

Die häufigsten Standorte sind: die tiefen Sedimente, die Umgebung der U-Boot-Reliefs oder die U-Boot-Erhebungen im mittleren Teil der Ozeane, die als Mittelmeerkämme bekannt sind.

Diese Bakterien können in Umgebungen mit extremen Bedingungen überleben. An diesen Stellen können hydrothermale Entlüftungsöffnungen vorhanden sein, aus denen heißes Wasser oder sogar Magma abfließt.

Funktion in der Umwelt

Diese Mikroorganismen sind im Ökosystem unverzichtbar, da sie die aus diesen Entlüftungsöffnungen austretenden giftigen Chemikalien in Nahrung und Energie umwandeln.

Deshalb spielen chemosynthetische Organismen eine grundlegende Rolle bei der Rückgewinnung mineralischer Lebensmittel und retten Energie, die sonst verloren gehen würde.

Das heißt, sie fördern die Aufrechterhaltung der trophischen Kette oder Nahrungskette.

Dies bedeutet, dass sie den Transfer von Nährstoffen durch die verschiedenen Arten einer biologischen Gemeinschaft fördern, in denen sich jede von der vorhergehenden ernährt und Nahrung für die nächste ist, was dazu beiträgt, ein Ökosystem im Gleichgewicht zu halten.

Diese Bakterien tragen auch zur Rettung oder Verbesserung einiger durch Unfälle kontaminierter ökologischer Umgebungen bei. In Ölverschmutzungsgebieten, dh in diesen Fällen, helfen diese Bakterien beispielsweise bei der Behandlung von Giftmüll, um ihn in sicherere Verbindungen umzuwandeln.

Einstufung

Chemosynthetische oder chemotrophe Organismen werden in Chemoautotrophen und Chemoheterotrophen eingeteilt.

Chemoautotrophen

Sie verwenden CO ₂ als Kohlenstoffquelle, werden durch den Calvin-Zyklus assimiliert und in zelluläre Komponenten umgewandelt.

Andererseits erhalten sie die Energie aus der Oxidation reduzierter einfacher anorganischer Verbindungen wie Ammoniak (NH ₃ ), Dihydrogen (H ₂ ), Stickstoffdioxid (NO ₂ ^- ), Schwefelwasserstoff (H ₂ S), Schwefel (S), Schwefeltrioxid (S ₂ O ₃ ^- ) oder Eisenionen (Fe ₂ ⁺ ).

Das heißt, ATP wird durch oxidative Phosphorylierung während der Oxidation der anorganischen Quelle erzeugt. Sie sind daher autark und brauchen kein anderes Lebewesen, um zu überleben.

Chemoheterotrophe

Im Gegensatz zu den vorherigen erhalten diese Energie durch Oxidation komplexer reduzierter organischer Moleküle wie Glucose durch Glykolyse, Triglyceride durch Beta-Oxidation und Aminosäuren durch oxidative Desaminierung. Auf diese Weise erhalten sie ATP-Moleküle.

Andererseits können chemoheterotrophe Organismen CO _{2 nicht} als Kohlenstoffquelle verwenden, wie dies chemoautotrophe Organismen können.

Arten chemotropher Bakterien

Farblose Schwefelbakterien

Wie der Name schon sagt, handelt es sich um Bakterien, die Schwefel oder seine reduzierten Derivate oxidieren.

Diese Bakterien sind streng aerob und für die Umwandlung des Schwefelwasserstoffs, der bei der Zersetzung organischer Stoffe entsteht, in Sulfat (SO ₄ ^-2 ) verantwortlich, eine Verbindung, die schließlich von Pflanzen verwendet wird.

Sulfat säuert den Boden aufgrund der Anreicherung von H ⁺ -Protonen auf einen pH-Wert von etwa 2 an und es entsteht Schwefelsäure.

Diese Eigenschaft wird von bestimmten Wirtschaftszweigen genutzt, insbesondere in der Landwirtschaft, wo sie extrem alkalische Böden korrigieren können.

Dies geschieht durch Einbringen von Schwefelpulver in den Boden, so dass die vorhandenen spezialisierten Bakterien (Sulfobakterien) den Schwefel oxidieren und so den pH-Wert des Bodens auf für die Landwirtschaft geeignete Werte ausgleichen.

Alle schwefeloxidierenden chemolytrophen Spezies sind gramnegativ und gehören zu den Stammproteobakterien. Ein Beispiel für ein Bakterium, das Schwefel oxidiert, ist Acidithiobacillus thiooxidans.

Einige Bakterien können unlöslichen elementaren Schwefel (S ⁰ ) in Form von Granulaten in der Zelle ansammeln , die verwendet werden, wenn externe Schwefelquellen erschöpft sind.

Stickstoffbakterien

In diesem Fall oxidieren die Bakterien reduzierte Stickstoffverbindungen. Es gibt zwei Arten, nitrosifizierende Bakterien und nitrifizierende Bakterien.

Erstere können Ammoniak (NH3) oxidieren, das bei der Zersetzung organischer Stoffe entsteht, um sie in Nitrite (NO ₂ ) umzuwandeln, und letztere wandeln Nitrite in Nitrate (NO ₃ ^- ) um, Verbindungen, die von Pflanzen verwendet werden können. .

Als Beispiele für nitrosifizierende Bakterien dient die Gattung Nitrosomonas und als nitrifizierende Bakterien die Gattung Nitrobacter.

Eisenbakterien

Diese Bakterien sind acidophil, dh sie benötigen einen sauren pH-Wert, um zu überleben, da die Eisenverbindungen bei neutralem oder alkalischem pH-Wert spontan oxidieren, ohne dass diese Bakterien vorhanden sein müssen.

Damit diese Bakterien Eisenverbindungen (Fe ²⁺ ) zu Eisen (Fe ³⁺ ) oxidieren können , muss der pH-Wert des Mediums daher unbedingt sauer sein.

Es ist zu beachten, dass Eisenbakterien den größten Teil des bei den umgekehrten Elektronentransportreaktionen produzierten ATP verbrauchen, um die erforderliche Reduktionskraft bei der Fixierung von CO _{2 zu erhalten} .

Deshalb müssen diese Bakterien große Mengen an Fe ⁺² oxidieren , um sich entwickeln zu können, da beim Oxidationsprozess wenig Energie freigesetzt wird.

Beispiel: Das Bakterium Acidithiobacillus ferrooxidans wandelt das in sauren Wässern, die durch die Kohlengruben fließen, vorhandene Eisencarbonat in Eisenoxid um.

Alle eisenoxidierenden chemolythrophen Spezies sind gramnegativ und gehören zu den Stammproteobakterien.

Andererseits können alle Arten, die Eisen oxidieren, auch Schwefel oxidieren, aber nicht umgekehrt.

Wasserstoffbakterien

Diese Bakterien verwenden molekularen Wasserstoff als Energiequelle, um organische Stoffe zu produzieren, und verwenden CO ₂ als Kohlenstoffquelle. Diese Bakterien sind fakultative Chemoautotrophen.

Sie kommen hauptsächlich in Vulkanen vor. Nickel ist in seinem Lebensraum essentiell, da alle Hydrogenasen diese Verbindung als metallischen Cofaktor enthalten. Diesen Bakterien fehlt eine innere Membran.

In seinem Metabolismus wird Wasserstoff in eine Hydrogenase in der Plasmamembran eingebaut, wodurch Protonen nach außen verlagert werden.

Auf diese Weise gelangt der externe Wasserstoff als interne Hydrogenase in das Innere und wandelt NAD ⁺ in NADH um, das zusammen mit Kohlendioxid und ATP in den Calvin-Zyklus übergeht .

Hydrogenomonas-Bakterien können auch eine Reihe organischer Verbindungen als Energiequellen verwenden.

Verweise

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