Хемотроф

Организмы, которые получают энергию путем окисления доноров электронов в окружающей среде A черный курильщик в Атлантическом океане обеспечивают энергией и питательными веществами

Хемотрофы - это организмы, которые получают энергию в результате окисления доноров электронов в своей среде. Эти молекулы могут быть органическими (хемоорганотрофами ) или неорганическими (хемолитотрофами ). Обозначение хемотрофов отличается от фототрофов, которые используют солнечную энергию. Хемотрофы могут быть либо автотрофными, либо гетеротрофными. Хемотрофы встречаются на дне океана, где солнечный свет не может достичь их из-за большой глубины и всех уровней воды между ними и солнцем. Они эволюционировали, чтобы не зависеть от солнечной энергии. Дно океана часто содержит подводные вулканы, которые могут обеспечивать тепло вместо солнечного тепла.

.

• 1 Хемоавтотроф
• 2 Хемогетеротроф
• 3 Бактерии, окисляющие железо и марганец
• 4 Блок-схема
• 5 См. Также
• 6 Примечания
• 7 Ссылки

Хемоавтотрофы (или хемотрофные автотрофы) (Греческий : Chemo (χημεία) = химический, авто (εαυτός) = self, troph (τροφή) = питание), в дополнение к получению энергии из химические реакции, синтез всех необходимых органических соединений из двуокиси углерода. Хемоавтотрофы могут использовать неорганические источники электронов, такие как сероводород, элементарная сера, двухвалентное железо, молекулярный водород и аммиак или органических источников. Большинство хемоавтотрофов - это экстремофилы, бактерии или археи, которые живут во враждебных условиях (например, глубоководные жерла ) и являются первичные производители в таких экосистемах. Хемоавтотрофы обычно делятся на несколько групп: метаногены, окислители серы и восстановители, нитрификаторы, бактерии анаммокс и термоацидофилы. Примером одного из этих прокариот может быть Sulfolobus. Хемолитотрофный рост может быть очень быстрым, например, Hydrogenovibrio crunogenus с временем удвоения около одного часа.

Термин «хемосинтез » придуман в 1897 году Вильгельмом Пфеффером, первоначально это было определено как производство энергии путем окисления неорганических веществ в сочетании с автотрофией - то, что сегодня назвали бы хемолитоавтотрофией. Позже этот термин будет включать также хемоорганоавтотрофию, то есть его можно рассматривать как синоним хемоавтотрофии.

Chemoheterotrophs (или хемотрофных гетеротрофов) (Gr : Chemo (χημία) = химический, гетеро (ἕτερος) = (an) other, troph (τροφιά) = питание) не могут фиксировать углерод с образованием собственных органических соединений. Хемогетеротрофы могут быть хемолитогетеротрофами, использующими неорганические источники электронов, такие как сера, или хемоорганогетеротрофами, использующими органические источники электронов, такие как углеводы, липиды и белки. Большинство животных и грибов являются примерами хемогетеротрофов, получающих большую часть своей энергии из O 2. Галофилы - хемогетеротрофы.

В глубоких океанах бактерии, окисляющие железо, получают свои потребности в энергии за счет окисления двухвалентного железа (Fe) до трехвалентного железа (Fe). Электрон, законсервированный в этой реакции, сокращает дыхательную цепь и, таким образом, может использоваться в синтезе АТФ путем прямого переноса электронов или НАДН путем обратного переноса электронов, заменяя или усиливая традиционный фототрофизм.

• В общем, бактерии, окисляющие железо, могут существовать только в областях с высокими концентрациями двухвалентного железа, таких как новые слои лавы или области гидротермальной активности. Большая часть океана лишена двухвалентного железа из-за окислительного эффекта растворенного кислорода в воде и тенденции бактерий поглощать железо.
• Слои лавы снабжают бактерии двухвалентным железом прямо с Земли. мантии, но только новообразованные магматические породы имеют достаточно высокий уровень двухвалентного железа. Кроме того, поскольку для реакции необходим кислород, эти бактерии гораздо чаще встречаются в верхних слоях океана, где кислорода больше.
• Что до сих пор неизвестно, так это то, как именно железобактерии извлекают железо из породы. Принято считать, что существует некий механизм, разъедающий породу, возможно, с помощью специализированных ферментов или соединений, которые выносят больше FeO на поверхность. Уже давно ведутся споры о том, какая часть выветривания породы обусловлена ​​биотическими компонентами, а какая - абиотическими компонентами.
• Гидротермальные источники также выделяют большое количество растворенного железа в глубокий океан, позволяющий бактериям выжить. Кроме того, высокий температурный градиент вокруг вентиляционных систем означает, что могут сосуществовать самые разные бактерии, каждая из которых имеет свою специализированную температурную нишу.
• Независимо от используемого каталитического метода, хемоавтотрофные бактерии обеспечивают значительный, но часто упускаемый из виду источник пищи для глубоководных экосистем - которые иначе получают ограниченный солнечный свет и органические питательные вещества.

Марганец -окисляющие бактерии также используют вулканические породы лавы примерно таким же образом; окислением марганца (Mn) до марганца (Mn) марганца. Марганца гораздо меньше, чем в океанической коре железа, но бактериям гораздо легче извлечь его из магматического стекла. Кроме того, каждое окисление марганца отдает клетке два электрона по сравнению с одним для каждого окисления железа, хотя количество АТФ или НАДН, которое может быть синтезировано в сочетании с этими реакциями, зависит от pH. и специфическая термодинамика реакции с точки зрения того, насколько изменяется свободная энергия Гиббса во время реакций окисления по сравнению с изменением энергии, требуемым для образования АТФ или НАДН, все из которых зависят от концентрации, pH и т. д. Многое еще остается неизвестным о марганцево-окисляющих бактериях, поскольку они не культивировались и не документировались в значительной степени.

Блок-схема для определения того, является ли вид автотрофом, гетеротрофом или подтипом

• Автотроф
  • Хемоавтотроф
  • Фотоавтотроф
• Гетеротроф
  • Хемогетеротроф
  • Фотогетеротроф

• Хемосинтез
• Литотроф
• Проект RISE Экспедиция, обнаружившая сообщества с высокотемпературными источниками

1. ^Чанг, Кеннет (12 сентября 2016 г.). «Видения жизни на Марсе в глубинах Земли». Нью-Йорк Таймс. Проверено 12 сентября 2016 г.
2. ^Добрински, К. П. (2005). «Механизм концентрации углерода в гидротермальных источниках Chemolithoautotroph Thiomicrospira crunogena». Журнал бактериологии. 187 (16): 5761–5766. DOI : 10.1128 / JB.187.16.5761-5766.2005. PMC 1196061. PMID 16077123.
3. ^Рич Боден, Кэтлин М. Скотт, Дж. Уильямс, С. Рассел, К. Антонен, Александр В. Рэй, Ли П. Хатт (июнь 2017 г.). «Оценка Thiomicrospira, Hydrogenovibrio и Thioalkalimicrobium: реклассификация четырех видов Thiomicrospira для каждого Thiomicrorhabdus gen. Nov. И Hydrogenovibrio, а также переклассификация всех четырех видов Thioalkalimicrobium в Thiomicrospira». Международный журнал систематической и эволюционной микробиологии. 67(5): 1140–1151. doi : 10.1099 / ijsem.0.001855. PMID 28581925. CS1 maint: несколько имен: список авторов (ссылка )
4. ^Kelly, DP; Wood, AP (2006). "The Хемолитотрофные прокариоты ". Прокариоты. Нью-Йорк: Спрингер. Стр. 441–456. doi : 10.1007 / 0-387-30742-7_15. ISBN 978-0-387-25492-0.
5. ^Шлегель, Х.Г. (1975). «Механизмы химиотрофии» (PDF). В Kinne, O. (ред.). Marine Ecology. Vol. 2, Part I. pp. 9–60. ISBN 0-471-48004-5.
6. ^Davis, Mackenzie Leo; et al.. (2004). Принципы экологической инженерии и науки. 清华大学 出կ出. Стр. 133. ISBN 978-7-302-09724-2.
7. ^Lengeler, Joseph W.; Drews, Gerhart; Schlegel, Hans Günter (1999). Биология прокариот. Georg Thieme Verlag. Стр. 238. ISBN 978-3- 13-108411-8.
8. ^Дворкин, Мартин (2006). Прокариоты: экофизиология и биохимия (3-е изд.). Springer. Стр. 989. ISBN 978 -0-387-25492-0.
9. ^Берджи, Дэвид Хендрикс; Холт, Джон Г. (1994). Руководство Берджи по детерминантной бактериологии (9-е изд.). Липпинкотт Уильямс и Уилкинс. п. 427. ISBN 978-0-683-00603-2.
10. ^Шмидт-Рор, К. (2020). «Кислород - высокоэнергетическая молекула, питающая сложную многоклеточную жизнь: фундаментальные поправки к традиционной биоэнергетике» ACS Omega 5 : 2221-2233. http://dx.doi.org/10.1021/acsomega. 9b03352

1. Катрина Эдвардс. Микробиология отстойного пруда и нижележащего молодого, холодного, гидрологически активного фланга хребта. Океанографическое учреждение Вудс-Хоул.

2. Совместное фотохимическое и ферментативное Пути окисления Mn (II) планктонной Roseobacter-подобной бактерии Коллин М. Хансель и Крис А. Фрэнсис * Департамент геологии и окружающей среды Стэнфордского университета, Стэнфорд, Калифорния 94305-2115 Получено 28 сентября 2005 г. / принято 17 февраля 2006 г.