Chemosynthese – autotrophe Bakterien

Hallo! Willkommen zum Video über die Chemosynthese. In diesem Video werden folgende Fragen beantwortet: Was ist Chemosynthese? Welche Formen gibt es? Und du lernst zwei Beispiele kennen: die schwefeloxidierenden Bakterien und die stickstoffoxidierenden Bakterien. Um das Video optimal zu verstehen, solltest du über folgendes Vorwissen verfügen: Du solltest dich bereits ausführlich mit der Photosynthese beschäftigt haben. Dir sollte somit bereits bewusst sein, was ATP ist und das ATP als schnell verfügbarer Energiespeicher dient. Du solltest wissen, was man unter Oxidation versteht. Du solltest auch bereits wissen, was man unter dem Reduktionsäquivalent NADP⁺ beziehungsweise NADPH + H⁺ versteht. Und du solltest wissen, wozu diese dienen. Du kennst die Energiegewinnung bei grünen Pflanzen. Diese nutzen die auf die Erde einstrahlende Sonnenenergie. Diese grünen Pflanzen und einige farbstoffhaltige Bakterien, etwa die Cyanobakterien, werden daher als photoautotroph bezeichnet. Photoautotrophe Lebewesen betreiben Photosynthese. Hierbei werden energiearme, anorganische Stoffe, nämlich Kohlenstoffdioxid (CO₂) und Wasser (H₂O), in energiereiche, organische Stoffe, wie den Zucker Glucose umgewandelt. Die Gesamtgleichung lautet also: Kohlendioxid und Wasser werden unter Sonnenlichteinfluss zu Glucose und Sauerstoff umgewandelt. Es geht jedoch auch ohne Licht. Chemoautotrophe Lebewesen sind vor allem Bakterien. Nicht die Sonnenenergie, sondern chemische Substanzen dienen als Energiequelle. Energiereiche, anorganische Stoffe, etwa Schwefel oder Stickstoffverbindungen, werden aus der Umgebung aufgenommen und innerhalb der Bakterienzelle oxidiert. Das heißt, diese Substanzen dienen als Elektronendonatoren. Die Oxidationsprodukte werden ausgeschieden. Wir kommen nun zu den stickstoffoxidierenden Bakterien. Wenn Pflanzen oder Tiere sterben, wird ihr organisches Material von Bakterien im Boden zersetzt. Beim Abbau der Eiweiße wird Ammonium, also NH₄⁺, freigesetzt. Ammonium ist ein Umwandlungsprodukt von Ammoniak (NH₃). Im Boden Leben unter anderem die sogenannten nitrifizierenden Bakterien. Sie wandeln Ammoniak in zwei Teilschritten über Nitrit (NO₂^-) zu Nitrat (NO₃^-) um. Dieser als Nitrifikation bezeichnete Prozess hat eine wichtige Rolle bei der Bereitstellung von Nitrat in Böden. Nitrat stellt für Pflanzen die wichtigste Stickstoffquelle dar. Bei diesem Prozess sind zwei verschiedene Bakterienarten beteiligt. Nitrosomonas oxidiert Ammoniak zu Nitrit. In einer chemischen Gleichung ausgedrückt: 2 NH₄⁺ + 3 O₂ wird zu 2 NO₂^- + 2 H₂O + 4 H⁺. Da dieses Nitrit für Nitrosomonas schädigend wirkt, ist ein Zusammenleben mit einer anderen Bakterienart notwendig, dem Nitrobacter. Nitrobacter oxidiert das Nitrit in Nitrat. In einer chemischen Gleichung ausgedrückt: 2 NO₂^- + O₂ wird zu 2 NO₃^-. Das giftige Nitrit kann sich somit nicht im Boden anreichern. Wir kommen zu den schwefeloxidierenden Bakterien. Diese Bakterien leben vor allem in der Tiefsee, in Schwefelquellen und in nährstoffreichen Tümpeln. Schwefeloxidierende Bakterien spielen auch eine Rolle bei der Selbstreinigung der Flüsse. Sie kommen fast überall dort vor, wo durch Fäulnisprozesse Schwefelwasserstoff freigesetzt wird, also H₂S. Und der Verbrauch von im Wasser gelöstem Sauerstoff wird in mehreren Schritten Schwefelwasserstoff über den elementaren Schwefel (S) zu Sulfat (SO₄^2-) oxidiert. Die Reaktionsgleichung für die Oxidation von Schwefelwasserstoff zu Schwefel lautet: 2 H₂S + O₂ wird zu 2 H₂O + 2 S. Die Reaktionsgleichung für die Oxidation von Schwefel zu Sulfat lautet: 2 S + 2 H₂O + 3 O₂ wird zu 2 SO₄^2- + 4 H⁺. Jetzt hast du das Grundprinzip und verschiedene Formen der Chemosynthese kennengelernt. Vergleichen wir die Prozesse bei photoautotrophen und chemoautotrophen Lebewesen: Wie läuft die Energiegewinnung zur Glucosesynthese ab? Photoautotrophe Lebewesen nutzen direkt Sonnenenergie, um Photosynthese zu betreiben. Chemoautotrophe Bakterien benutzen chemische Energie aus anorganischen Substanzen. Diese Stoffe werden bei der Chemosynthese oxidiert, das heißt, sie dienen als Elektronendonatoren. Bei beiden Prozessen wird die Energie, die dabei frei wird, zur Herstellung von ATP und NADPH + H⁺ Hierbei wird ADP und P zu ATP umgewandelt und NADP⁺ wird zu NADPH + H⁺ umgewandelt. Wie bei den grünen Bakterien laufen die weiteren Schritte der Glucosesynthese im Calvinzyklus ab. ATP und NADPH + H⁺ werden für den Calvinzyklus benutzt, wobei Kohlenstoffdioxid (CO₂) fixiert wird. Das Endprodukt ist der Zucker Glucose (C₆H₁₂O₆). Bei der Photosynthese wird also die auf die Erde eingestrahlte Lichtenergie in chemisch gebundene Energie in Form von Glucose umgewandelt. Bei der Chemosynthese wird chemisch gebundene Energie aus anorganischen Substanzen in eine andere Form von chemischer gebundener Energie umgewandelt, nämlich das organische Glucosemolekül. Kommen wir zur Zusammenfassung: Wir haben über photoautotrophe und chemoautotrophe Lebewesen geredet. Photoautotrophe Lebewesen betreiben Photosynthese, chemoautotrophe betreiben Chemosynthese. Du hast zwei Formen der Chemosynthese kennengelernt. Du kennst jetzt die stickstoffoxidierenden und die schwefeloxidierenden Bakterien. Zuletzt haben wir einen Vergleich zwischen der Photosynthese und der Chemosynthese gezogen. Danke für deine Aufmerksamkeit. Tschüss, bis zum nächsten Video.