כימוטרופים: מאפיינים וסוגים - ביולוגיה - 2025

Chemotrophs או chemosynthetic הם קבוצה של אורגניזמים לשרוד תרכובות אנאורגניות מופחת משמש חומר הגלם, שממנו שואבים אנרגיה לשימוש מאוחר יותר להשתמש בו במטבוליזם הנשימה.

מאפיין זה שיש למיקרואורגניזמים אלה של השגת אנרגיה מתרכובות פשוטות מאוד לייצור תרכובות מורכבות ידוע גם בשם כימוסינתזה, וזו הסיבה שלעיתים אורגניזמים אלו נקראים גם כימוסינתטיים.

ניטרובקטר הוא סוג של חיידקים כימוטרופיים

מאפיין חשוב נוסף הוא שמיקרואורגניזמים אלה נבדלים משאר על ידי גידול במדיה מינרלית לחלוטין וללא אור, ולכן הם מכונים לעתים כימוליתוטרופים.

מאפיינים

בית גידול

מעיינות חמים, בית גידול של חיידקים כימוסינטטיים

חיידקים אלה חיים במקום בו פחות מ -1% אור שמש חודר, כלומר הם משגשגים בחושך, כמעט תמיד בנוכחות חמצן.

עם זאת, האתר האידיאלי להתפתחות חיידקים כימוסינתטיים הם שכבות המעבר בין מצבים אירוביים ואנאירוביים.

האתרים הנפוצים ביותר הם: המשקעים העמוקים, סביבת תבליטי הצוללות או בגבהות הצוללת שנמצאים בחלק האמצעי של האוקיאנוסים, המכונים רכסי אמצע האוקיאנוס.

חיידקים אלה מסוגלים לשרוד בסביבות עם תנאים קיצוניים. באתרים אלה יתכנו פתחי אוורור הידרותרמיים שמהם זורמים מים חמים או אפילו יציאת מאגמה.

פונקציה בסביבה

מיקרואורגניזמים אלה חיוניים במערכת האקולוגית, מכיוון שהם הופכים את הכימיקלים הרעילים הנובעים מאוורוריות אלו למזון ואנרגיה.

זו הסיבה שאורגניזמים כימוסינתטיים ממלאים תפקיד מהותי בהחלמת המזונות המינרלים וגם מצילים אנרגיה שאחרת תאבד.

כלומר, הם מקדמים את התחזוקה של שרשרת הגביע או שרשרת המזון.

המשמעות היא שהם מקדמים את העברת החומרים התזונתיים דרך המינים השונים של קהילה ביולוגית, שכל אחד מהם ניזון מהקודם, והוא מזון למשנהו, מה שמסייע לשמור על מערכת אקולוגית באיזון.

חיידקים אלה תורמים גם לחילוץ או לשיפור של כמה סביבות אקולוגיות המזוהמות בתאונות. לדוגמה, באזורי שפיכת נפט, כלומר במקרים אלה חיידקים אלה עוזרים לטפל בפסולת רעילה כדי להמיר אותה לתרכובות בטוחות יותר.

מִיוּן

אורגניזמים כימוסינטטיים או כימוטרופיים מסווגים לכימואוטוטרופים וכימותרוטרופים.

כימותרפיה

הם משתמשים ב- CO ₂ כמקור פחמן, הוטמעים דרך מחזור קלווין והוסבו לרכיבים סלולריים.

מצד שני, הם לקבל את האנרגיה מן חמצון של תרכובות אנאורגניות פשוטות מופחת, כגון: אמוניה (NH ₃ ), dihydrogen (H ₂ ), תחמוצת החנקן (NO ₂ ^- ), מימן גופרתי (H ₂ S), גופרית (S), גופרית דו תחמוצת (S ₂ O ₃ ^- ) או יון ברזל (Fe ₂ ⁺ ).

כלומר, ATP נוצר על ידי זרחן חמצוני במהלך חמצון המקור האורגני. לכן, הם מספקים את עצמם, הם אינם זקוקים לעוד יצור חי בכדי לשרוד.

Chemoheterotrophs

שלא כמו הקודמות, אלה משיגים אנרגיה באמצעות חמצון של מולקולות אורגניות מופחתות, כגון גלוקוז דרך גליקוליזה, טריגליצרידים דרך חמצון בטא וחומצות אמינו באמצעות דימינציה חמצונית. בדרך זו הם משיגים מולקולות ATP.

מצד שני, אורגניזמים כימותרוטרופיים אינם יכולים להשתמש ב- CO ₂ כמקור פחמן, כפי שיכולים אורגניזמים כימוטוטרופיים.

סוגי חיידקים כימוטרופיים

חיידקי גופרית חסרי צבע

כפי שמשתמע משמם, מדובר בחיידקים המחמצנים את הגופרית או את הנגזרות המופחתות שלו.

חיידקים אלה הם אירוביים לחלוטין ואחראים על הפיכת המימן הגופרתי המופק בפירוק של חומר אורגני, להמרתו לסולפט (SO ₄ ^-2 ), תרכובת אשר בסופו של דבר תשמש את הצמחים.

סולפט מחמצת את האדמה לרמת pH של בערך 2, כתוצאה מהצטברות של פרוטונים H ⁺ ונוצרת חומצה גופרתית.

מאפיין זה משמש לסקטורים מסוימים במשק, בעיקר בחקלאות, שם הם יכולים לתקן קרקעות אלקליות במיוחד.

הדבר נעשה על ידי החדרת גופרית אבקתית לאדמה, כך שהחיידקים המיוחדים הקיימים (סולפובקטריה) מחמצנים את הגופרית ובכך מאזנים את pH האדמה לערכים המתאימים לחקלאות.

כל המינים הכימוליטרופיים המחמצנים גופרית הם שליליים גרם ושייכים לפרוטובקטריה הפילומה. דוגמה לחיידק המחמצן גופרית היא Acidithiobacillus thiooxidans.

ישנם חיידקים שיכולים לצבור גופרית יסודית (S ⁰ ) שאינם מסיסים כגרגירים בתוך התא, לשימוש כאשר מקורות חיצוניים לגופרית נמצאים.

חיידקי חנקן

במקרה זה החיידקים מחמצנים תרכובות חנקן מופחתות. ישנם שני סוגים, חיידקים nitrosifying וחיידקים nitifying.

הראשונים מסוגלים לחמצן אמוניה (NH3), הנוצרים מפירוק של חומר אורגני כדי להפוך אותו לניטריטים (NO ₂ ), והאחרונים הופכים ניטריטים לחנקות (NO ₃ ^- ), תרכובות בהן ניתן להשתמש בצמחים. .

כדוגמאות לחיידקים nitrosifying הוא הסוג Nitrosomonas וכחיידקים מזיקים הוא הסוג Nitrobacter.

חיידקי ברזל

חיידקים אלה הם אסידופיליים, כלומר הם זקוקים ל- pH חומצי על מנת לשרוד, מכיוון שב- pH ניטרלי או אלקליין, התרכובות הברזל מתחמצנות באופן ספונטני, ללא צורך בנוכחות חיידקים אלה.

לפיכך, על מנת שחיידקים אלו יוכלו לחמצן תרכובות ברזל ברזליות (Fe ²⁺ ) לפרסים (Fe ³⁺ ), pH של המדיום חייב בהכרח להיות חומצי.

יש לציין כי חיידקי ברזל מוציאים את מרבית ה- ATP המיוצר בתגובות ההובלה האלקטרונית ההפוכה, כדי להשיג את הכוח המפחית הנדרש לקיבוע של CO ₂ .

לכן חיידקים אלה נאלצים לחמצן כמויות גדולות של Fe ⁺² כדי להיות מסוגלים להתפתח, מכיוון שמעט אנרגיה משתחררת מתהליך החמצון.

דוגמה: החיידק Acidithiobacillus ferrooxidans הופך את קרבונט הברזל הקיים במים חומציים הזורמים דרך מכרות הפחם לתחמוצת ברזל.

כל המינים הכימוליתרופיים המתחמצנים בברזל הם שליליים לגרם ושייכים לפרוטובקטריה הפילומה.

מצד שני, כל המינים המחמצנים את הברזל מסוגלים גם לחמצן גופרית, אך לא להפך.

חיידקי מימן

חיידקים אלה משתמשים במימן מולקולרי כמקור אנרגיה לייצור חומר אורגני ומשתמשים ב- CO ₂ כמקור פחמן. חיידקים אלה הם כימותרפיה אוטו-מוטורית.

הם נמצאים בעיקר ב הרי געש. ניקל חיוני בסביבתו, מכיוון שכל הידרוגנזים מכילים תרכובת זו כקופקטור מתכתי. לחיידקים אלה חסר קרום פנימי.

בחילוף החומרים שלה משולב מימן בתוך הידרוגנזה בקרום הפלזמה, ומתרגם פרוטונים לחוץ.

באופן זה המימן החיצוני עובר לחלק הפנימי ומשמש כידרוגנזה פנימית, וממיר את NAD ⁺ ל- NADH שיחד עם פחמן דו חמצני ו- ATP עוברים למחזור קלווין.

חיידקי הידרוגומונאס מסוגלים גם להשתמש במספר תרכובות אורגניות כמקורות אנרגיה.

הפניות

1. Prescott, Harley and Klein Microbiology 7th ed. מקגרו היל אינטרמריקנה 2007, מדריד.
2. תורמים בוויקיפדיה, «Chemiotroph,» Wikipedia, האנציקלופדיה החופשית, en.wikipedia.org
3. גיאו פ. ברוקס, קארן סי קרול, ג'נט ס. בוטל, סטיבן א. מורס, טימותי א. מייטזנר. (2014). מיקרוביולוגיה רפואית, 26 ה. McGRAW-HILL Interamericana de Editores, SA de CV
4. González M, González N. מדריך למיקרוביולוגיה רפואית. המהדורה השנייה, ונצואלה: מנהלת התקשורת והפרסומים של אוניברסיטת קרבובו; 2011.
5. Jimeno, A. & Ballesteros, M. 2009. Biology 2. קבוצת מקדמי סנטילנה. ISBN 974-84-7918-349-3