Kemosentez karbon bileşiklerinin ve diğer moleküllerin organik bileşiklere dönüştürülmesidir . Bu biyokimyasal reaksiyonda metan veya hidrojen sülfid veya hidrojen gazı gibi inorganik bir bileşik, enerji kaynağı olarak oksidize olur. Buna karşılık, fotosentez için enerji kaynağı (karbondioksit ve suyun glikoz ve oksijene dönüştürüldüğü tepkimeler), süreci güçlendirmek için güneş ışığından enerji kullanır.
Mikroorganizmaların inorganik bileşikler üzerinde yaşayabileceği fikri, azot, demir veya kükürtten yaşayan bakteriler üzerine yapılan araştırmalara dayanarak 1890’da Sergei Nikolaevich Vinogradnsii (Winogradsky) tarafından önerildi. Hipotez 1977’de derin deniz dalgıç Alvin’in Galapagos Rift’inde boru solucanları ve diğer hidrotermal delikleri çevreleyen hayatı gözlemlediği zaman geçerli kılınmıştır. Harvard öğrencisi Colleen Cavanaugh, kemosentetik bakterilerle olan ilişkileri nedeniyle tüp solucanlarının hayatta kaldığını ileri sürdü ve doğruladı.
Elektron vericilerinin oksidasyonu ile enerji elde eden organizmalara kemotrof adı verilir. Moleküller organik ise, organizmalara kemoorganotrof denir. Eğer moleküller inorganik ise organizmalar kemotitrotrof terimidir. Buna karşılık, güneş enerjisi kullanan organizmalara fototrof denir .
Kemoototrof ve Kemoheterotrof
Kemoototrof, kimyasal reaksiyonlardan enerji alır ve karbondioksitten organik bileşikler sentezler. Kemosentez için enerji kaynağı elemental sülfür, hidrojen sülfür, moleküler hidrojen, amonyak, manganez veya demir olabilir. Kemoototrof örnekleri, derin havalandırma kanallarında yaşayan bakteriler ve metanojenik arkeaları içerir.
“Kemosentez” sözcüğü ilk olarak 1897’de organik moleküllerin ototroflarla oksidasyonuyla (kemoitotohotrofi) enerji üretimini tanımlamak için Wilhelm Pfeffer tarafından ortaya atıldı. Modern tanımın altında, kemosentez, aynı zamanda, kemoorganoototrofi yoluyla enerji üretimini açıklar.
Kemoheterotroflar karbonu organik bileşikler oluşturmak için düzeltemezler. Bunun yerine, kükürt (chemolithoheterotrophs) gibi inorganik enerji kaynaklarından veya proteinler, karbonhidratlar ve lipidler (chemoorganoheterotrophs) gibi organik enerji kaynakları kullanabilirler.
Kemosentez Nerede Oluşuyor?
Hidrotermal menfezlerde, izole mağaralarda, metan klatratlarında, balina düşmelerinde ve soğuk sızıntılarda kimyasal sentez tespit edilmiştir. İşlemin, Mars ve Jüpiter’in ayı Europa yüzeyinin altındaki yaşamlara izin verebileceği hipotezi ileri sürüldü. hem de güneş sistemindeki diğer yerler. Kemosentez, oksijen varlığında gerçekleşebilir, ancak gerekli değildir.
Kemosentez Örneği
Bakteri ve arkeaya ek olarak, bazı büyük organizmalar kemosenteze güvenirler. Buna iyi bir örnek, derin hidrotermal menfezleri çevreleyen çok sayıda bulunan dev tüp solucanıdır. Her solucan, trofosom adı verilen bir organın içinde kimyasal-sentetik bakterileri barındırır.
Bakteriler, hayvanın ihtiyacı olan besinleri üretmek için solucan ortamından kükürtü oksitlemektedir. Enerji kaynağı olarak hidrojen sülfid kullanarak, kemosentez reaksiyonu:
12, H 2 S + 6 CO 2 → Cı 6 H 12 O 6 + 6H 2 O + 12 S
Bu, fotosentez yoluyla karbonhidrat üretme reaksiyonuna çok benzer; ancak, fotosentez, oksijen gazı salınmasına karşın, kemosentez, katı kükürt verir. Sarı kükürt granülleri, reaksiyonu gerçekleştiren bakterilerin sitoplazmasında görülebilir.
Kemosentezin diğer bir örneği, bakterilerin okyanus tabanının çökelinin altında bazaltta bulunduğu tespit edildiğinde, 2013’te keşfedilmiştir. Bu bakteriler hidrotermal bir havalandırma ile ilişkili değildi. Bakterilerin, kayaları yıkanmış deniz suyundaki minerallerin azaltılmasından hidrojen kullandıkları ileri sürülmüştür. Bakteriler metan üretmek için hidrojen ve karbon dioksit ile reaksiyona girebilir.
Moleküler Nanoteknolojide Kimyasal Sentez
“Kemosentez” terimi çoğu zaman biyolojik sistemlere uygulanırken, daha genel olarak reaktanların rasgele ısıl hareketi ile ortaya çıkan kimyasal sentezin herhangi bir biçimini tanımlamak için kullanılabilir . Buna karşın, moleküllerin tepkilerini kontrol etmek için mekanik manipülasyonuna “mekanosentez” denir. Hem kemosentez hem de mekanosentez yeni moleküller ve organik moleküller de dahil olmak üzere kompleks bileşikler oluşturma potansiyeline sahiptir.
