CHEMOTROFEN: KENMERKEN EN TYPEN - BIOLOGIE - 2026

De chemotrofen of chemosynthese zijn een groep organismen die gereduceerde anorganische verbindingen overleven die als grondstof worden gebruikt, waaruit energie wordt gehaald om later te gebruiken in het ademhalingsmetabolisme.

Deze eigenschap die deze micro-organismen hebben om energie te halen uit zeer eenvoudige verbindingen om complexe verbindingen te genereren, wordt ook wel chemosynthese genoemd, daarom worden deze organismen soms ook chemosynthetics genoemd.

Nitrobacter is een geslacht van chemotrofe bacteriën

Een ander belangrijk kenmerk is dat deze micro-organismen zich onderscheiden van de rest door te groeien in strikt minerale media en zonder licht, daarom worden ze soms chemolyttrofen genoemd.

kenmerken

Habitat

Warmwaterbronnen, habitat van chemosynthetische bacteriën

Deze bacteriën leven waar minder dan 1% zonlicht doordringt, dat wil zeggen dat ze gedijen in het donker, bijna altijd in aanwezigheid van zuurstof.

De ideale plaats voor de ontwikkeling van chemosynthetische bacteriën zijn echter de overgangslagen tussen aërobe en anaërobe omstandigheden.

De meest voorkomende locaties zijn: de diepe sedimenten, de omgeving van de onderzeese reliëfs of in de onderzeese verhogingen in het middelste deel van de oceanen, bekend als mid-oceanische ruggen.

Deze bacteriën kunnen overleven in omgevingen met extreme omstandigheden. Op deze locaties kunnen er hydrothermale ventilatieopeningen zijn waaruit warm water stroomt of zelfs magma uitstroomt.

Functie in de omgeving

Deze micro-organismen zijn essentieel in het ecosysteem, omdat ze de giftige chemicaliën die uit deze ventilatieopeningen komen omzetten in voedsel en energie.

Daarom spelen chemosynthetische organismen een fundamentele rol bij het terugwinnen van mineraal voedsel en ook bij het redden van energie die anders verloren zou gaan.

Dat wil zeggen, ze bevorderen het onderhoud van de trofische keten of voedselketen.

Dit betekent dat ze de overdracht van voedingsstoffen bevorderen via de verschillende soorten van een biologische gemeenschap, waarin elk zich voedt met de vorige en voedsel is voor de volgende, wat helpt om een ​​ecosysteem in balans te houden.

Deze bacteriën dragen ook bij aan de redding of verbetering van sommige ecologische omgevingen die door ongevallen zijn besmet. In gebieden met olielekkages bijvoorbeeld, helpen deze bacteriën in deze gevallen om giftig afval te behandelen om er veiliger verbindingen van te maken.

Classificatie

Chemosynthetische of chemotrofe organismen worden ingedeeld in chemoautotrofen en chemoheterotrofen.

Chemoautotrofen

Ze gebruiken CO ₂ als koolstofbron, die wordt geassimileerd door de Calvin-cyclus en omgezet in cellulaire componenten.

Aan de andere kant halen ze de energie uit de oxidatie van gereduceerde eenvoudige anorganische verbindingen, zoals: ammoniak (NH ₃ ), diwaterstof (H ₂ ), stikstofdioxide (NO ₂ ^- ), waterstofsulfide (H ₂ S), zwavel (S), zwaveltrioxide (S ₂ O ₃ ^- ) of ijzerion (Fe ₂ ⁺ ).

Dat wil zeggen, ATP wordt gegenereerd door oxidatieve fosforylering tijdens de oxidatie van de anorganische bron. Daarom zijn ze zelfvoorzienend, ze hebben geen ander levend wezen nodig om te overleven.

Chemoheterotrofen

In tegenstelling tot de vorige verkrijgen deze energie door de oxidatie van complexe gereduceerde organische moleculen, zoals glucose door glycolyse, triglyceriden door bèta-oxidatie en aminozuren door oxidatieve deaminering. Op deze manier verkrijgen ze ATP-moleculen.

Aan de andere kant kunnen chemoheterotrofe organismen CO ₂ niet gebruiken als koolstofbron, zoals chemoautotrofe organismen dat wel kunnen.

Soorten chemotrofe bacteriën

Kleurloze zwavelbacteriën

Zoals hun naam al aangeeft, zijn het bacteriën die zwavel of zijn gereduceerde derivaten oxideren.

Deze bacteriën zijn strikt aëroob en zijn verantwoordelijk voor de omzetting van het waterstofsulfide dat ontstaat bij de afbraak van organisch materiaal, om het om te zetten in sulfaat (SO ₄ ^-2 ), een verbinding die uiteindelijk door planten zal worden gebruikt.

Sulfaat verzuurt de grond tot een pH van ongeveer 2, door de ophoping van H ⁺ protonen en wordt zwavelzuur gevormd.

Deze eigenschap wordt gebruikt door bepaalde sectoren van de economie, vooral in de landbouw, waar ze extreem alkalische bodems kunnen corrigeren.

Dit wordt gedaan door poedervormige zwavel in de grond te brengen, zodat de aanwezige gespecialiseerde bacteriën (sulfobacteriën) de zwavel oxideren en zo de pH van de bodem in evenwicht brengen tot waarden die geschikt zijn voor de landbouw.

Alle zwaveloxiderende chemolytrofische soorten zijn gramnegatief en behoren tot de phylum Proteobacteria. Een voorbeeld van een bacterie die zwavel oxideert, is Acidithiobacillus thiooxidans.

Sommige bacteriën ophopen onoplosbaar elementair zwavel (S ⁰ ) in de vorm van granules in de cel, voor gebruik bij externe zwavel uitgeput.

Stikstofbacteriën

In dit geval oxideren de bacteriën gereduceerde stikstofverbindingen. Er zijn twee soorten, nitrosificerende bacteriën en nitrificerende bacteriën.

De eerste zijn in staat ammoniak (NH3) te oxideren, die wordt gegenereerd door de afbraak van organisch materiaal om het om te zetten in nitrieten (NO ₂ ), en de laatste zetten nitrieten om in nitraten (NO ₃ ^- ), verbindingen die door planten kunnen worden gebruikt. .

Als voorbeelden van nitrosificerende bacteriën is het geslacht Nitrosomonas en als nitrificerende bacteriën het geslacht Nitrobacter.

IJzeren bacteriën

Deze bacteriën zijn acidofiel, dat wil zeggen dat ze een zure pH nodig hebben om te overleven, aangezien bij neutrale of basische pH de ijzerverbindingen spontaan oxideren, zonder dat de aanwezigheid van deze bacteriën nodig is.

Om ervoor te zorgen dat deze bacteriën ferro-ijzerverbindingen (Fe ²⁺ ) tot ferri (Fe ³⁺ ) kunnen oxideren , moet de pH van het medium noodzakelijkerwijs zuur zijn.

Opgemerkt moet worden dat ijzerbacteriën het grootste deel van het ATP dat wordt geproduceerd in de omgekeerde elektronentransportreacties besteden, om het noodzakelijke reducerende vermogen te verkrijgen bij de fixatie van CO ₂ .

Daarom moeten deze bacteriën grote hoeveelheden Fe ⁺² oxideren om zich te kunnen ontwikkelen, omdat er bij het oxidatieproces weinig energie vrijkomt.

Voorbeeld: de bacterie Acidithiobacillus ferrooxidans zet het ijzercarbonaat dat aanwezig is in zuur water dat door de kolenmijnen stroomt, om in ijzeroxide.

Alle ijzeroxiderende chemolytrofe soorten zijn gramnegatief en behoren tot de phylum Proteobacteria.

Aan de andere kant zijn alle soorten die ijzer oxideren ook in staat om zwavel te oxideren, maar niet omgekeerd.

Waterstofbacteriën

Deze bacteriën gebruiken moleculaire waterstof als energiebron om organisch materiaal te produceren en gebruiken CO ₂ als koolstofbron. Deze bacteriën zijn facultatieve chemoautotrofen.

Ze komen voornamelijk voor in vulkanen. Nikkel is essentieel in zijn leefgebied, aangezien alle hydrogenases deze verbinding als metaalcofactor bevatten. Deze bacteriën missen een binnenmembraan.

In zijn metabolisme wordt waterstof opgenomen in een hydrogenase in het plasmamembraan, waardoor protonen naar buiten worden verplaatst.

Op deze manier gaat de externe waterstof naar het inwendige en werkt het als een interne hydrogenase, waarbij NAD ⁺ wordt omgezet in NADH, dat samen met kooldioxide en ATP naar de Calvin-cyclus gaat.

Hydrogenomonas-bacteriën zijn ook in staat om een ​​aantal organische verbindingen als energiebron te gebruiken.

Referenties

1. Prescott, Harley en Klein Microbiology 7e ed. McGraw-Hill Interamericana 2007, Madrid.
2. Wikipedia-bijdragers, «Chemiotroph,» Wikipedia, The Free Encyclopedia, en.wikipedia.org
3. Geo F. Brooks, Karen C. Carroll, Janet S. Butel, Stephen A. Morse, Timothy A. Mietzner. (2014). Medische microbiologie, 26e. McGRAW-HILL Interamericana de Editores, SA de CV
4. González M, González N. Manual of Medical Microbiology. 2e editie, Venezuela: Directoraat media en publicaties van de Universiteit van Carabobo; 2011.
5. Jimeno, A. & Ballesteros, M. 2009. Biologie 2. Santillana Promoter Group. ISBN 974-84-7918-349-3