정의 : 화학 합성 세균이란 무엇입니까?

본질적으로 화학 합성 박테리아에는 화학 에너지를 사용하여 자체 식품을 생산하는 독립 영양 박테리아 그룹이 포함됩니다. 광합성 박테리아와 마찬가지로 화학 합성 박테리아는 자체 식품을 제조하기 위해 탄소원 (예 : 이산화탄소)과 에너지 원이 필요합니다.

대부분, 이 박테리아는 호기성이므로 산소에 의존하여이 과정을 성공적으로 완료합니다. 그러나 일부 종 (예 : Sulfuricurvum kujiense)은 혐기성 화학 합성과 관련이 있습니다.

화학 에너지를 사용하여 자신의 음식을 제조 할 수 있기 때문에 이러한 유기체는 다양한 서식지 / 환경 (극한 조건의 혹독한 환경 포함)에서 자유 생물로서 또는 다른 유기체와 결합하여 (다른 유기체와의 공생을 통해) 생존합니다.

* 진핵 생물과 남세균에서 흔히 발생하는 광합성과 달리 화학 합성 반응은 다음과 같습니다. 대부분 원핵 미생물 (특히 박테리아 및 고세균)에 의해 수행됩니다.

화학 합성 박테리아의 예는 다음과 같습니다. :

• Venenivibrio stagnispumantis
• Beggiatoa
• T. 나폴리
• T. 소설
• 페로 옥시 단스

유형 화학 합성 박테리아

언급했듯이 화학 합성을 통해 다양한 유형의 박테리아 (화학 합성 박테리아)가 빛 에너지 나 다른 유기체에 의존하지 않고도 생존 할 수 있습니다. 여기서 식품 재료를 제조하는 데 사용되는 에너지는 다양한 무기 화학 물질 (따라서 다른 화학 반응)에서 파생됩니다. 이러한 이유로 에너지 원으로 사용하는 화합물의 유형에 따라 다양한 유형의 화학 합성 박테리아가 있습니다.

* 일부 화학 합성 박테리아는 햇볕이 잘 드는 환경에서 살기 때문에 햇빛에 노출됩니다. 그러나 그들은 에너지 원으로 햇빛에 의존하지 않습니다.

유황 박테리아-이 박테리아 (예 : Paracoccus) 황화수소 (황화물) 티오 황산염 및 무기 황 등과 같은 황 화합물을 산화시킵니다. 유기체 또는 사용되는 황 화합물의 유형에 따라 산화 과정은 여러 단계로 진행됩니다. 예를 들어, 일부 유기체에서는 무기 황이 사용이 필요할 때까지 저장됩니다.

질소 박테리아-질화 박테리아를 포함하는 세 그룹으로 나뉩니다. , 탈질 박테리아 및 질소 고정 박테리아. 질화 박테리아의 경우 암모니아는 먼저 세포질에서 하이드 록실 아민으로 산화됩니다 (암모늄 모노 옥 시게나 제에 의해). 그런 다음 하이드 록실 아민은 산화되어 하이드 록실 아민 산화 환원 효소에 의해 주변 세포질에서 아질산염을 생성합니다. 이 과정은 양성자를 생성합니다 (각 암모늄 분자 당 하나의 양성자). 질화 박테리아와 비교하여 탈질 박테리아는 질산염 화합물을 에너지 원으로 산화시킵니다.

메탄 균 / 메탄 박테리아-일부 과학자들은 일부 박테리아가 메탄을 공급원으로 사용한다고 제안했지만 이것은 화학 합성 고세균에서 특히 흔합니다.

수소 박테리아-Hydrogenovibrio marinus 및 Helicobacter pylori와 같은 박테리아는 수소를 에너지 원으로 산화시킵니다. 미세 호기성 조건에서. 대부분의 경우이 박테리아는 혐기성으로 밝혀져 산소가 거의 또는 전혀없는 지역에서 번성합니다. 이는 산화 목적으로 사용되는 효소 (Hydrogenase)가 혐기성 조건에서 효과적으로 기능하기 때문입니다.

철 박테리아-Acidithiobacillus ferrooxidans와 Leptospirillum ferrooxidans는 철을 산화시키는 박테리아 중 일부입니다. 이 과정은 유기체에 따라 다른 조건 하에서 발생하는 것으로 나타났습니다 (예 : 낮은 pH 및 무산소).

화학 합성 과정에서 광합성이 아닌 화학 합성 박테리아는 이러한 화합물의 산화에 의해 생성 된 에너지에 의존해야합니다. (무기) 식품 (당)을 제조하기 위해 질소 고정 박테리아는 질소 가스를 질산염으로 변환합니다. 이 모든 과정은 이산화탄소 고정에 사용되는 양성자를 생성하는 역할을합니다.

일반적으로 이러한 반응은 막 결합 호흡 효소가있는 세포질에서 발생합니다. 예를 들어, 수소 산화의 경우 세포질에서 발견되는 1 족 NiFe 수소화 효소가 반응을 촉매하여 수소 분자 (H2 < > 2H + 및 2e-). 이 전자는 전자 수송 사슬의 퀴논 풀로 전달됩니다.

황화수소의 경우, 화합물은 산화를 거쳐 전자와 수소 이온을 방출합니다 (화합물과 전자에서 분리되어 이득을 얻는다는 점에서 양성자라고 함). 양전하). 따라서이 반응의 생성물은 황, 전자 및 양성자입니다. 그런 다음 전자와 양성자는 전자 수송 사슬 (막에서)로 들어갑니다.

전자가이 사슬에 들어가면 양성자가 세포 밖으로 펌핑됩니다. 반면에 전자는 산소에 의해 받아 들여지고 양성자 (수소 이온)를 끌어 당겨 물 분자를 형성합니다. ATP 합성 효소로 알려진 효소를 통해 이전에 세포 밖으로 펌핑 된 양성자는 에너지 (운동 에너지)와 함께 세포로 다시 채널링되어 ATP로 저장되고 당 합성에 사용됩니다.

화학 합성 박테리아의 탄소 동화 (고정)

박테리아의 유형, 서식지 및 탄소원에 따라 고정에 사용되는 여러 대사 경로가 있습니다.

가장 일반적인 경로는 다음과 같습니다.

Calvin-Benson주기-이주기에서 효소 RuBisCo (리불 로스 1, 5- 비스 포스페이트 카르 복실 라제 / 산소 효소 ) 분자 이산화탄소를 리불 로스 1, 5- 비스 포스페이트에 첨가하는 것을 촉진합니다. 이 과정은 6 개의 탄소 화합물을 생성하며, 이는 차례로 두 분자의 3-PGA (3- 포스 포 글리세 레이트)로 전환됩니다. 이 과정은 이산화탄소를 유기 분자로 변환하는 것을 고려할 때 탄소 고정이라고합니다.

ATP 및 NADPH (산화 과정을 통해 생성됨)에 저장된 에너지를 통해 탄소 화합물 (3-PGA)은 다시 다른 탄소 화합물로 전환되어 G3P를 형성합니다. (글리 세르 알데히드 3- 인산) 환원 단계. 이들 분자 중 하나가 (탄수화물 분자 / 당을 형성하기 위해) 칼빈 사슬을 떠나면서, 다른 하나는 RuBP 생성에 관여합니다.

Krebs Reverse Cycle-Calvin주기와 비교하여 Krebs Reverse Cycle 결과의 탄소 고정 피루 베이트 생산에서. 환원성 트리 카르 복실 산 순환이라고도하는이 순환은 두 분자의 이산화탄소를 고정하는 것으로 시작됩니다. 이는 아세틸 코엔자임 A (아세틸 -CoA)의 생성을 초래하며, 이는 차례로 환원 적으로 카르 복 실화되어 피루 베이트를 생성합니다. 이 과정을 통해 생성 된 피루 베이트는 유기 세포 물질의 합성에 사용됩니다.

이러한 박테리아가 사용하는 기타 프로세스는 다음과 같습니다.

· 3- 하이드 록시 프로 피오 네이트 자전거-3- 하이드 록시 프로 피오 네이트 순환이라고도하는이 경로는 이산화탄소를 고정시켜 형성합니다. 아세틸 -CoA 및 프로피 오닐 -CoA 카르 복실 라제의 존재하에 말릴 -CoA. 이것은 아세틸 -CoA와 글리 옥실 레이트를 생성하기 위해 분할됩니다. 궁극적으로이 경로는 세포에 필요한 다양한 유기 물질을 합성하는 데 사용되는 피루 베이트의 생산을 초래합니다.

· 환원성 아세틸 -CoA 경로-이 경로에서는 두 분자의 이산화탄소가 고정되어 있습니다. 아세틸 -CoA를 형성합니다. 일반적으로 수소는 이산화탄소가 전자 수용체 인이 반응에서 전자 공여체 역할을합니다.

· Dicarboxylate / 4-Hydroxybutyrate주기-이주기는 혐기성 및 미세 호기성 서식지 (예 : Desulfurococcales). 3- 하이드 록시 프로 피오 네이트 / 4- 하이드 록시 부티레이트 사이클과 마찬가지로이 사이클은 세틸 -CoA와 두 개의 탄소 분자를 숙시 닐-코엔자임 (CoA)으로 전환합니다.이 순환에 관여하는 효소 중 일부는 피루 베이트 신타 제와 포스 포에 놀 피루 베이트 (PEP) 카르 복실 라제를 포함합니다.

화학 합성 박테리아의 중요성

본질적으로 화학 합성은 화학 합성 박테리아가 화학 에너지를 사용하여 음식을 처리하는 과정을 말합니다. 따라서 광합성에 비해 이러한 유기체는 생산을 위해 빛 에너지에 의존하지 않습니다. 이것은 질산염 및 황산염과 같은 산화제를 포함하는 다양한 서식지에서 중요한 주요 생산자로 만듭니다.

예를 들어 심해 통풍구 생태계에서 햇빛이 없으면 광합성을 할 수 없습니다. 그러나 일부 박테리아는 화학 합성을 통해 식품을 제조 할 수 있기 때문에이 생태계에서 생산자로서 중요한 역할을합니다.

이 행동은 또한 공생 관계를 통해 다른 유기체에 도움이되는 것으로 나타났습니다. 예를 들어, 다양한 환경에서 질소 고정 박테리아는 다양한 유기체 (조류, 규조류, 콩과 식물, 해면 등)에 도움이되는 공생 관계를 형성하는 것으로 나타났습니다. 여기서 그들은 질소 (자연에 풍부한)를 사용 가능한 형태로 전환 할 수 있습니다.

여기서이 박테리아는 대기 질소를 촉매하여 암모니아 (질소 효소로 알려진 효소 사용)를 생성 한 다음 식물에서 질소 성 생체 분자를 합성하는 데 사용합니다.

중요한 관심을받은 다른 공생 관계 중 하나는 결절 (Riftia pachyptila) 사이입니다. 및 열수 배출구의 화학 합성 박테리아. 이 환경에서는 지열로 인해 수온이 매우 높습니다. 또한이 벌레는 해저 (빛 에너지가 부족한 환경)에 서식합니다.

이 환경 (매우 높은 온도와 빛의 부족)에서 불리한 조건에도 불구하고 황화수소를 이용하면 박테리아가 화학 합성을 수행 할 수 있습니다.

혈관 화 된 아가미 모양의 깃털을 사용하여이 벌레는 용해 된 이산화탄소, 산소 및 황화수소를 흡수 할 수 있습니다 (이러한 유기체의 헤모글로빈은 산소와 황화물을 결합 할 수 있음). . 그런 다음 화학 합성 박테리아가 존재하는 박테리아 세포로 알려진 특수 세포로 운반됩니다.

박테리아는 황화물과 산소를 사용하여 에너지 (ATP)를 생성하여 이산화탄소를 당으로 전환하는 데 사용됩니다. 이 설탕은 연체 동물에 의해 식품 공급원으로 사용됩니다.

이러한 공생 관계도 다음과 같이 식별되었습니다.

• Solemyid 및 lucinid bivalves
• Achinoids
• 섬모 원생 동물
• 바다 스폰지
• 머셀

공생체 (화학 합성 박테리아)는 다음과 같습니다.

· 그람 음성 봉투를 가짐

· 모양이 다양합니다. 직경 약 0.25um의 작은 코코 이드 내 생체에서 상대적으로 큰 (길이 약 10um) 막대 모양의 화학 영양 박테리아

· 종에 따라 내 생체이거나 단순히 숙주의 신체 표면에 부착 될 수 있습니다.

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Colleen M. Cavanaugh, Zoe P. Mckiness, Irene LG Newton과 Frank J. Stewart. (2006). 해양 화학 합성 공생.

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링크

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