تعريف التخليق الكيميائي وأمثلة

التخليق الكيميائي هو تحويل مركبات الكربون والجزيئات الأخرى إلى مركبات عضوية. في هذا التفاعل البيوكيميائي ، يكون الميثان أو مركب غير عضوي ، مثل كبريتيد الهيدروجين أو غاز الهيدروجين ، مؤكسد للعمل كمصدر للطاقة. في المقابل ، مصدر الطاقة ل البناء الضوئي (مجموعة التفاعلات التي يتم من خلالها تحويل ثاني أكسيد الكربون والماء إلى جلوكوز وأكسجين) تستخدم الطاقة من ضوء الشمس لتشغيل العملية.

تم اقتراح فكرة أن الكائنات الحية الدقيقة يمكن أن تعيش على المركبات غير العضوية من قبل سيرجي نيكولايفيتش فينوجرادنسي (Winogradsky) في عام 1890 ، استنادًا إلى الأبحاث التي أجريت على البكتيريا التي يبدو أنها تعيش من النيتروجين أو الحديد أو الكبريت. تم التحقق من صحة الفرضية في عام 1977 عندما لاحظت ألفين الغاطسة في أعماق البحار الديدان الأنبوبية والحياة الأخرى المحيطة بها الفتحات الحرارية المائية عند جسر غالاباغوس. اقترحت طالبة جامعة هارفارد كولين كافانو وأكدت أن الديدان الأنبوبية نجت بسبب علاقتها ببكتيريا التركيب الكيميائي. يعود الفضل إلى الاكتشاف الرسمي لعملية التخليق الكيميائي إلى Cavanaugh.

تسمى الكائنات التي تحصل على الطاقة عن طريق أكسدة المتبرعين بالإلكترونات الكيموتروف. إذا كانت الجزيئات عضوية ، فإن الكائنات الحية تسمى المغذيات الكيماوية. إذا كانت الجزيئات غير عضوية ، فإن الكائنات الحية هي عبارة عن حصر كيميائي. في المقابل ، تسمى الكائنات التي تستخدم الطاقة الشمسية بـ phototrophs.

تحصل المغذيات الكيميائية على طاقتها من التفاعلات الكيميائية وتوليف المركبات العضوية من ثاني أكسيد الكربون. قد يكون مصدر الطاقة للتركيب الكيميائي عنصر الكبريت ، كبريتيد الهيدروجين ، الهيدروجين الجزيئي ، الأمونيا ، المنغنيز ، أو الحديد. تشمل الأمثلة على المغذيات الكيميائية البكتيريا والأثريات الميثائية التي تعيش في فتحات أعماق البحار. صُنعت كلمة "التركيب الكيميائي" فيلهلم بفيفر في عام 1897 لوصف إنتاج الطاقة عن طريق أكسدة الجزيئات غير العضوية بواسطة المغذيات الذاتية (الحث الكيميائي). وفقًا للتعريف الحديث ، يصف التخليق الكيميائي أيضًا إنتاج الطاقة عن طريق التغذية الكيماوية.

لا يمكن للكيمياء غيرية التغذية تثبيت الكربون لتكوين مركبات عضوية. بدلا من ذلك ، يمكنهم استخدام مصادر الطاقة غير العضوية ، مثل الكبريت (مواد كيميائية غير متجانسة) أو مصادر طاقة عضوية ، مثل البروتينات ، والكربوهيدرات ، والدهون (مواد كيميائية غير متجانسة).

تم الكشف عن التخليق الكيميائي في الفتحات الحرارية المائية ، والكهوف المعزولة ، و clathrates الميثان ، وسقوط الحيتان ، والتسربات الباردة. تم افتراض أن العملية قد تسمح بالحياة تحت سطح كوكب المريخ وقمر المشتري أوروبا. بالإضافة إلى أماكن أخرى في النظام الشمسي. يمكن أن يحدث التركيب الكيميائي في وجود الأكسجين ، ولكنه غير مطلوب.

بالإضافة إلى البكتيريا والعتيقة ، تعتمد بعض الكائنات الحية الأكبر على التركيب الكيميائي. مثال جيد هو دودة الأنبوب العملاقة التي توجد بأعداد كبيرة تحيط بالفتحات العميقة الحرارية المائية. تحتوي كل دودة على بكتيريا اصطناعية كيميائية في جهاز يسمى trophosome. تقوم البكتيريا بأكسدة الكبريت من بيئة الدودة لإنتاج التغذية التي يحتاجها الحيوان. باستخدام كبريتيد الهيدروجين كمصدر للطاقة ، يكون تفاعل التخليق الكيميائي:

12 ساعة₂S + 6 CO₂ → ج₆ح₁₂يا₆ + 6 ح₂O + 12 S

هذا يشبه إلى حد كبير رد الفعل لإنتاج الكربوهيدرات عن طريق التمثيل الضوئي ، باستثناء البناء الضوئي يطلق غاز الأكسجين ، بينما ينتج التركيب الكيميائي كبريت صلب. تظهر حبيبات الكبريت الصفراء في سيتوبلازم البكتيريا التي تقوم بالتفاعل.

تم اكتشاف مثال آخر على التخليق الكيميائي في عام 2013 عندما تم العثور على البكتيريا تعيش في البازلت تحت رواسب قاع المحيط. لم تكن هذه البكتيريا مرتبطة بتنفيس حراري مائي. وقد اقترح أن البكتيريا تستخدم الهيدروجين من تقليل المعادن في مياه البحر التي تغمر الصخور. يمكن للبكتيريا أن تتفاعل مع الهيدروجين وثاني أكسيد الكربون لإنتاج الميثان.

في حين أن مصطلح "التخليق الكيميائي" يتم تطبيقه غالبًا على الأنظمة البيولوجية ، يمكن استخدامه بشكل أعم لوصف أي شكل من أشكال التركيب الكيميائي الناتج عن الحركة الحرارية العشوائية لـ المتفاعلات. في المقابل ، يسمى التلاعب الميكانيكي للجزيئات للتحكم في تفاعلها "التركيب الميكانيكي". كل من التخليق الكيميائي وتركيب ميكانيكي لديه القدرة على بناء مركبات معقدة ، بما في ذلك الجزيئات الجديدة والجزيئات العضوية.

• كامبل ، نيل أ. ، وآخرون. مادة الاحياء. الطبعة الثامنة ، بيرسون ، 2008.
• كيلي ، دونوفان ب ، وآن ب. خشب. “بدائيات النوى الكيميائية.” بدائيات النوىحرره مارتن دوركين وآخرون ، 2006 ، ص. 441-456.
• Schlegel ، HG "آليات كيميائية ذاتية التغذية". علم البيئة البحرية: دراسة شاملة ومتكاملة للحياة في المحيطات والمياه الساحلية، تحرير أوتو كين ، وايلي ، 1975 ، ص. 9-60.
• Somero ، Gn. "الاستغلال التكافلي لكبريتيد الهيدروجين.” علم وظائف الأعضاء، المجلد. 2 ، لا. 1 ، 1987 ، ص. 3-6.