Chemosynthese in der Tiefsee

Xion1 · Anmeldungsdatum: 08.01.2011 Beiträge: 6

Hallo Leute,

Undzwar hatte ich mich in den letzten Tagen ein wenig über Deep Sea Vents, Cold Seeps und dergleichen schlau gemacht und bin dabei natürlich auf die chemoautotrophen Primärproduzenten gestoßen, die sich dort vermehren.

Dabei bin ich auf diese Gleichung gestoßen, die zur Produktion von Zucker ohne Abhängigkeit von Licht führt: 6CO2 + 6H2O + 3H2S -> C6H12O6 + 3H2SO4

Ich verstehe nur leider nicht, wie dies im Vergleich zur Photosynthese abläuft, wo das Endprodukt ja unter anderem auch C6H12O6 ist.

Die ansatzweiße genauste Erklärung zu diesem Vorgang die ich gefunden habe, lautet wie folgt:

Chemoautotrophe Bakterien benutzen Enzyme um eine Redoxreaktion zu katalysieren, bei dem sie ein Elektron von einem Elektronspender wie Schwefelwasserstoff an ein Carrier-Molekül abgeben.

Bei der Photosynthese haben wir ja das Fotosystem II, das durch Licht ein Elektron in den angeregten Zustand versetzt und das dann von einem Akzeptormolekühl aufgenommen wird. Der Photolysekomplex am Fotosystem II spaltet dann 2H2O und reicht das gewonnene Elektron an das Fotosystem II weiter.

Wie stell ich mir das also bei den Bakterien vor? Wie wird das Elektron angeregt, um überhaupt erst weitergegeben zu können? Erfolgt dann die Spaltung von H2S wie die Spaltung von H2O, also an einem vergleichbaren "Photolysekomplex", von dem ein Elektron wieder aufgenommen wird?

PaGe · Moderator Anmeldungsdatum: 19.03.2007 Beiträge: 3549 Wohnort: Hannover

H2S ist bereits energiereicher (hat ein kleineres Redoxpotential) als H2SO4, sodass die Reaktion freiwillig abläuft.

Xion1 · Anmeldungsdatum: 08.01.2011 Beiträge: 6

Und an was gibt es sein Elektron weiter? An ein Enzym dass in der Membran sitzt? Es benötigt doch irgend ein Stoff, an das es Elektronen abgibt, oder nicht?

elementum · Ehrenmitglied Anmeldungsdatum: 30.04.2006 Beiträge: 485 Wohnort: HD

an welchen stoff genau das e- weitergegeben wird kann ich dir nicht sagen.

am ende jedenfalls landet es in der entstehenden/entstandenem hexose. die wahrscheinlichkeit ist recht hoch, dass sich zumindest eine art calvin zyklus vollzieht. das prinzip ist dabei immer das gleiche: die kohlenstoff-verbindung wird schritt für schritt immer weiter reduziert und somit immer energiereicher. die maximal reduzierte form liegt hier (wie auch am ende des calvin zyklus) in der glucose vor.

Xion1 · Anmeldungsdatum: 08.01.2011 Beiträge: 6

Der Calvin Zyklus ist weniger das Problem - wie das Bakterium aber an sein NADH und ATP kommt versteh ich einfach nicht. Dass der Ablauf ähnlich der Photosynthese sein muss vermute ich mal, dass das Elektron weitergereicht wird, Pumpen betreibt und am Ende von einem Enzym benutzt wird um NADH zu erzeugen, sowie ein Konzentrationsgefälle das ausgeglichen wird für ATP - oder stimmt das so nicht?

H2S gibt also sein Elektron freiwillig an das Bakterium ab - es muss einfach nur anwesend sein?

elementum · Ehrenmitglied Anmeldungsdatum: 30.04.2006 Beiträge: 485 Wohnort: HD

denke du liegst mit deiner vermutung so weit richtig. nur sollte es an dieser stelle nicht NAD(H) sondern NADP(H) sein...

und ja, wie PaGe schon sagte geschieht die reaktion H2S + 2 O2 → H2SO4 freiwillig

PaGe · Moderator Anmeldungsdatum: 19.03.2007 Beiträge: 3549 Wohnort: Hannover

Die Mechanismen sind ähnlich der Fotosynthese. Der Calvonzyklus ist annährend gleich. Die Elektronen von H2S werden auch in eine Elektronentransportkette geschickt, die membrangebunden ist. Dabei wird ein Protonengradient aufgebaut, durch den ATP entsteht. Der einzige Unterschied ist halt, dass es nicht von H2O zu O2 ist, sondern von H2S zu SO4. Wenn du die Oxidationszahlen kennst, kannst du das auch daran feststellen.

Xion1 · Anmeldungsdatum: 08.01.2011 Beiträge: 6

Have you got a good reason to think they're doing the Calvin cycle or did you just assume? There are other ways to fix CO2.

FAD/FADH/FADH2 is popular with bacteria when H2 is around, as will be the case when they're metabolizing H2S.

Remember, bacteria have no internal organelles, so they have no membranes or compartments inside like chloroplast or mitochondria. All the gradients they will be setting up will be between their interior and exterior. Fermenting bacteria often set up pH gradients to power their ATP pumps.

Given this one exists in seawater, 8/10 odds its using sodium gradients. It'll actively pump out sodium, maybe with a coport, then let it trickle back into power its ATP pumps. NADH is probably produced in the same enzyme cluster as the H2S oxidation occurs as the electrons and hydrogen are both available in that step.

Das hab ich gerade in einem englischsprachigem Forum als Antwort bekommen. Bin jetzt ehrlich gesagt ein wenig verwirrt.

PaGe · Moderator Anmeldungsdatum: 19.03.2007 Beiträge: 3549 Wohnort: Hannover

Möchtest du es für das Abi wissen? Dann reicht das, was ich dir geschrieben habe. Die Mechanismen sind vom Prinzip her gleich. Man braucht Reduktionsäquivalente, um das CO2 zu reduzieren, um daraus organische Verbindungen herzustellen.

Wenn du es genauer wissen möchtest, muss ich mal schauen, wo mein MiBi-Buch ist. Ich weiß nur nicht, ob ich es irgendwem geliehen habe. grübelnd

Xion1 · Anmeldungsdatum: 08.01.2011 Beiträge: 6

Abitur, ja. Ich habe nur leichte Probleme mir den Vorgang bildlich vorzustellen. Bei der Photosynthese ist das ja relativ leicht sich einen Chloroplast vorzustellen und entsprechendes Fotosystem, wie es in der Thylakoidmembran sitzt und Elektronen in der Membran weitergibt.

Wie das nun bei einem Bakterium in der Tiefsee aussieht emtzieht sich mir noch ein wenig, wobei ich es mir aner natürlich ähnlich der Photosynthese vorstelle.

elementum · Ehrenmitglied Anmeldungsdatum: 30.04.2006 Beiträge: 485 Wohnort: HD

naja, auch bei diesem bakterium läuft das ganze an der membran ab, allerdings eben an der zellmembran. allerdings stammen die elektronen eben aus der reaktion der H2S zu H2SO4 und nicht aus den photosystemen. aber wie die elektronen aus dem photosystem werden auch die dabei entstehenden elektronen in eine elektronentransportkette eingeschleust und der restliche vorgang ähnelt nun (wie PaGe es auch beschrieben hat) in seinen grundzügen der photosynthese.

Xion1 · Anmeldungsdatum: 08.01.2011 Beiträge: 6

Okay, dann eine Frage noch.

Wenn H2S + 2 O2 > H2SO4

Sind es dann bei ursprünglicher Formel

H2S + 2 H2O > H2SO4 + 2H+ Protonen?

Oder was genau passiert da mit dem H2O?

PaGe · Moderator Anmeldungsdatum: 19.03.2007 Beiträge: 3549 Wohnort: Hannover

Es gibt eine anaerobe und eine aerobe Umsetzung von H2S. Bei der anaeroben Umsetzung wird H2S zu S umsetzen, wobei noch Wasserstoff H2 gebildet wird.
Unter aeroben Bedingung kann H2S bis zur Schwefelsäure oxidiert werden, wobei dann Wasser entsteht.

Die Reaktionsgleichung, die du oben angegeben hast, habe ich mir nun noch einmal angeschaut, und verstehe sie auch nicht ganz. Wasser reagiert nicht mit Schwefelwasserstoff zur Schwefelsäure. mE ist da einiges zusammengezogen und verrechnet worden, was man nicht machen durfte.
Oder es ist ein Weg, den ich nicht kenne, da es immer die Möglichkeit gibt, dass der Organismus noch ATP einsetzt, um unmögliche Reaktionen möglich zu machen. Woher das ATP stammen soll, ist mir allerdings schleierhaft.

Bei der Chemosynthese gibt es halt viele Möglichkeiten. Kern bleibt aber: Verbindungen mit niedrigem Redoxpotential (wodurch auch immer: chemische Energie oder angeregt durch Licht) reagieren zu Verbindungen mit höherem Redoxpotential und geben dabei Elektronen in eine Elektronentransportkette ab. Dabei wird ATP und am Ende NADH bzw. NADPH gebildet.