定義：化学合成細菌とは何ですか？

本質的に、化学合成細菌には、化学エネルギーを使用して独自の食物を生産する独立栄養細菌のグループが含まれます。光合成細菌と同様に、化学合成細菌は、独自の食品を製造するために、炭素源（二酸化炭素など）とエネルギー源を必要とします。

ほとんどの場合、これらのバクテリアは好気性であるため、このプロセスを正常に完了するために酸素に依存しています。ただし、一部の種（Sulfuricurvum kujienseなど）は嫌気性化学合成に関連しています。

化学エネルギーを使用して独自の食品を製造できるため、これらの生物は自由生活生物として、または他の生物と（他の生物との共生を通じて）関連して、さまざまな生息地/環境（極端な条件の過酷な環境を含む）で生き残ります。

*真核生物やシアノバクテリアで一般的な光合成とは異なり、化学合成反応は主に原核生物の微生物（特にバクテリアと古細菌）によって実行されます

化学合成細菌の例には次のものがあります。 ：

• Venenivibrio stagnispumantis
• ベギアトア
• T。 neapolitanus
• T。ノベルラス
• フェロオキシダン

種類化学合成細菌

前述のように、化学合成により、さまざまな種類の細菌（化学合成細菌）が、光エネルギーや他の生物に依存せずに生き残ることができます。ここで、食品材料の製造に使用されるエネルギーは、さまざまな無機化学物質（したがってさまざまな化学反応）から得られます。このため、エネルギー源として使用する化合物の種類に応じて、さまざまな種類の化学合成細菌が存在します。

*一部の化学合成細菌は日当たりの良い環境に生息しているため、日光にさらされています。ただし、エネルギー源として日光に依存していません

硫黄バクテリア-これらのバクテリア（例：パラコッカス）硫化水素（硫化物）チオ硫酸塩や無機硫黄などの硫黄化合物を酸化します。生物や使用する硫黄化合物の種類に応じて、酸化プロセスはいくつかの段階で行われます。たとえば、一部の生物では、無機硫黄は使用が必要になるまで保管されます。

窒素バクテリア-窒素化バクテリアを含む3つのグループに分けられます、脱窒菌、窒素固定菌。硝化細菌の場合、アンモニアは最初に細胞質内でヒドロキシルアミンに酸化されます（アンモニウムモノオキシゲナーゼによって）。次に、ヒドロキシルアミンは、ヒドロキシルアミンオキシドレダクターゼによってペリプラズムで亜硝酸塩を生成するように酸化されます。このプロセスにより、プロトンが生成されます（アンモニウムの分子ごとに1つのプロトン）。硝化細菌と比較して、脱窒細菌はエネルギー源として硝酸化合物を酸化します。

メタノバクテリア/メタンバクテリア-一部の科学者は、一部のバクテリアがメタンをソースとして使用することを示唆していますが化学合成のためのエネルギーの、これは化学合成古細菌の間で特に一般的です。

水素バクテリア-HydrogenovibriomarinusやHelicobacterpyloriなどのバクテリアはエネルギー源として水素を酸化します微好気性条件下で。ほとんどの場合、これらの細菌は嫌気性であることが示されているため、酸素がほとんどまたはまったくない地域で繁殖します。これは主に、酸化目的で使用される酵素（ヒドロゲナーゼ）が嫌気性条件で効果的に機能するという事実によるものです。

鉄バクテリア-AcidithiobacillusferrooxidansとLeptospirillumferrooxidansは、鉄を酸化するバクテリアの一部です。このプロセスは、生物に応じてさまざまな条件（低pHや無酸素-無酸素など）で発生することが示されています。

化学合成中、非光合成である化学合成細菌は、これらの化合物の酸化によって生成されるエネルギーに依存する必要があります。 （無機）窒素固定バクテリアが窒素ガスを硝酸塩に変換しながら食品（砂糖）を製造するため。これらのプロセスはすべて、二酸化炭素固定に使用されるプロトンを生成するのに役立ちます。

通常、これらの反応は、膜結合呼吸酵素の存在下で細胞質で発生します。たとえば、水素酸化の場合、細胞質に見られるグループ1 NiFeヒドロゲナーゼが反応を触媒して、水素分子（H2 < > 2H +および2e-）。これらの電子は、電子伝達系のキノンプールに送られます。

硫化水素の場合、化合物は酸化を受けて電子と水素イオンを放出します（化合物と電子から分離されてゲインが得られるため、プロトンと呼ばれます）。正電荷）。したがって、この反応の生成物は硫黄、電子、および陽子です。次に、電子とプロトンが（膜で）電子伝達系に入ります。

電子がこの鎖に入ると、プロトンが細胞から排出されます。一方、電子は酸素に受け入れられ、陽子（水素イオン）を引き付けて水分子を形成します。 ATP合成酵素として知られる酵素を介して、以前に細胞から排出されたプロトンは、そのエネルギー（運動エネルギー）とともに細胞に戻され、ATPとして保存され、糖合成に使用されます。

化学合成細菌の炭素同化（固定）

細菌の種類、生息地、炭素源に応じて、固定に使用される代謝経路がいくつかあります。

最も一般的な経路には次のものがあります。

カルビン-ベンソン回路-このサイクルでは、酵素RuBisCo（リブロース1,5-ビスリン酸カルボキシラーゼ/オキシゲナーゼ） ）リブロース1,5-ビスリン酸への分子二酸化炭素の添加を促進します。このプロセスにより、6炭素化合物が生成され、これが2分子の3-PGA（3-ホスホグリセリン酸）に変換されます。このプロセスは、二酸化炭素の有機分子への変換を伴うことから、炭素固定と呼ばれます。

ATPおよびNADPHに蓄積されたエネルギー（酸化プロセスによって生成された）により、炭素化合物（3-PGA）は再び別の炭素化合物に変換されてG3Pを形成します（グリセルアルデヒド3-リン酸）還元相。これらの分子の1つが（炭水化物分子/糖を形成するために）カルビン鎖を離れると、もう1つはRuBPの生成に関与します。

クレブス逆サイクル-カルビン回路と比較して、クレブス逆サイクルでの炭素固定の結果ピルビン酸の生産で。還元性トリカルボン酸回路としても知られているこの回路は、2分子の二酸化炭素の固定から始まります。その結果、アセチル補酵素A（アセチルCoA）が生成され、これが還元的にカルボキシル化されてピルビン酸が生成されます。このプロセスで生成されたピルビン酸は、有機セル材料の合成に使用されます。

これらのバクテリアが使用するその他のプロセスには次のものがあります。

・3-ヒドロキシプロピオネートサイクル-3-ヒドロキシプロピオネートサイクルとも呼ばれるこの経路は、二酸化炭素を固定して形成しますアセチルCoAおよびプロピオニルCoAカルボキシラーゼの存在下でのマリルCoA。次に、これを分割してアセチルCoAとグリオキシル酸を生成します。最終的に、この経路は、細胞が必要とするさまざまな有機材料を合成するために使用されるピルビン酸の生成をもたらします。

・還元型アセチルCoA経路-この経路では、2分子の二酸化炭素が固定されていますアセチルCoAを形成します。通常、水素はこの反応で電子供与体として機能し、二酸化炭素が電子受容体になります。

・ジカルボキシレート/ 4-ヒドロキシ酪酸サイクル-このサイクルは、嫌気性菌や嫌気性菌に見られる細菌によく見られます。微好気性生息地（例：Desulfurococcales）。 3-ヒドロキシプロピオン酸/ 4-ヒドロキシ酪酸サイクルと同様に、このサイクルはセチル-CoAと2分子の炭素をスクシニル-補酵素（CoA）に変換します。このサイクルに関与する酵素には、ピルビン酸シンターゼとホスホエノールピルビン酸（PEP）カルボキシラーゼが含まれます。

化学合成細菌の重要性

本質的に、化学合成とは、化学合成細菌が化学エネルギーを使用して食品を処理するプロセスを指します。したがって、光合成と比較して、これらの生物は生産のために光エネルギーに依存していません。これにより、硝酸塩や硫酸塩などの酸化剤を含むさまざまな生息地で、彼らは重要な一次生産者になります。

たとえば、深海の通気孔の生態系では、日光がないため、光合成を行うことができません。しかし、一部の細菌は化学合成によって食物を製造する能力があるため、この生態系の生産者として重要な役割を果たしています。

この行動は、共生関係を通じて他の生物に利益をもたらすことも示されています。たとえば、さまざまな環境で、窒素固定細菌は、さまざまな生物（藻類、珪藻、マメ科植物、スポンジなど）に利益をもたらす共生関係を形成することが示されています。ここで、彼らは窒素（自然界に豊富にある）を使用可能な形に変換することができます。

ここで、これらのバクテリアは大気中の窒素を触媒してアンモニアを生成し（ニトロゲナーゼと呼ばれる酵素を使用）、植物が窒素生体分子の合成に使用します。

大きな注目を集めている他の共生関係の1つは、チューブワーム（Riftia pachyptila）間のものです。熱水噴出孔内の化学合成細菌。この環境では、地熱により水温が非常に高くなります。さらに、これらのワームは海底（光エネルギーが不足している環境）に住んでいます。

この環境では不利な条件（非常に高温で光が不足している）にもかかわらず、硫化水素が利用できるため、細菌は化学合成を行うことができます。

高度に血管新生された鰓のようなプルームを使用して、ワームは溶存二酸化炭素、酸素、硫化水素を取り込むことができます（これらの生物のヘモグロビンは酸素と硫化物を結合することができます） 。次に、それらは化学合成細菌が存在する細菌細胞として知られる特殊な細胞に輸送されます。

硫化物と酸素を使用して、バクテリアはエネルギー（ATP）を生成し、それを使用して二酸化炭素を糖に変換します。これらの糖は、軟体動物によって食物源として使用されます。

このような共生関係は次のようにも識別されています：

• 共生生物とルシニド生物
• アキノイド
• 繊毛虫
• マリンスポンジ
• マッセル

に関連付けられている特性の一部共生生物（化学合成細菌）には次のものが含まれます：

・グラム陰性のエンベロープを持つ

・形状はさまざま直径約0.25umの小さな球形の内部共生生物から比較的大きな（長さ約10um）棒状の化学栄養細菌まで

・種によって異なります。内生生物である場合もあれば、単に宿主の体表面に付着している場合もあります

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Colleen M. Cavanaugh、Zoe P. Mckiness、Irene LGニュートンとフランクJ.スチュワート。 （2006）。海洋化学合成共生。

H。 W。ジャンナッシュ。 （1985）。深海の熱水ベントにおける生命の化学合成によるサポートと微生物の多様性。

ジェニファーJ.ウェルネグリーン。 （2013）。内共生。

ZoranMinicおよびPremilaD.Thongbam。 （2011）。二酸化炭素捕捉酵素を研究するためのモデルとしての生物学的深海熱水噴出孔。

リンク

https://ocw.mit.edu/high-school/biology/exam-prep/cellular-energetics/photosynthesis/chemosynthesis/