Ototrof beslenme tarzına sahip organizmalar, inorganik maddeleri organik besin sentezinde kullanırken ihtiyaç duydukları enerjinin kaynağına göre farklılıklar arz ederler.
Fotosentetik organizmalar adı geçen enerjiyi ışıktan sağlarken, ototrof beslenmenin diğer kolunda bulunan kemosentetik ototroflar, başka inorganik maddeleri oksitlemeleri sonucu açığa çıkan enerjiyi kullanarak besin sentezini gerçekleştirebilirler.
Kemosentezde,
- hidrojen sülfür ( H2S )
- amonyak ( NH3 )
- demir ( Fe+2 )
- nitrit ( NO2- )
- hidrojen ( H2 )
- kükürt ( S )
gibi inorganik maddeler oksitlenebilir.
Sayılan bu maddelerin oksidasyonundan elde edilen enerji, CO2 ve H2O’nun kullanılarak besin sentezinde gereken enerjiyi sağlar.
Kemoototrof beslenme tarzı prokaryotlar için tipiktir. Bazı bakteriler ve arkeler kemosentezle besin üretebilme yeteneğine sahiptir.
Kemosentez yeteneğine sahip bakterilerden özellikle nitrit ve nitrat bakterileri doğadaki azot döngüsünün devamlılığında önemli role sahiptirler. Atmosferde yüksek oranda azot gazı bulunmasına rağmen bitkiler azotu ancak nitrat ( NO3-) ya da amonyum ( NH4+) iyonları şeklinde alabilirler. Atmosferdeki azotun bitkiler tarafından kullanılabilmesi için çeşitli yollarla toprağa bağlanması gereklidir.
Atmosfer azotunun fikse edilmesi ( yani tutulması ) siyanobakteriler başta olmak üzere bazı bakteriler ve arkeler tarafından gerçekleştirilmektedir. Atmosferik azot ancak oksijensiz şartlarda etkinlik gösteren nitrogenaz enziminin aktivitesiyle bağlanabilir ve azot bağlayan canlılar ya oksijensiz ortamda bu işi yaparlar ya da ilgili enzimi oksijenden koruyan özel mekanizmalar geliştirmişlerdir.
Siyanobakteriler atmosferik azotu ancak fotosentez yapmadıkları zaman diliminde NH3 şeklinde bağlarlar ve bunun için gereken enerjiyi hücresel solunumdan sağlarlar.
Baklagil köklerinde simbiyoz yaşam süren Rhizobium cinsi bakteriler azot bağlama yetenekleri ile üzerinde yaşadıkları bitkiye destek sağlarken, toprakta serbest yaşayan bazı bakteri türleri de atmosfer azotunu toprağa bağlama yeteneğindedirler.
Ölmüş bitki ve hayvanların bünyesinde bulunan azotlu bileşikler ( protein, nükleik asit ) saprofit ( ayrıştırıcı ) organizmalar tarafından öncelikli olarak hücresel solunumla amonyağa ( NH3 ) dönüştürülür. Ancak amonyağın yapısındaki azot, tıpkı havanın serbest azotunda olduğu gibi bitkiler tarafından kullanılarak besin zincirine doğrudan dâhil edilemez.
Amonyağı bitkilerin kullanabileceği nitrat formuna direkt olarak çevirebilen bir canlı türü henüz tespit edilememiştir. Bu nedenle amonyağın nitrita dönüşmesi iki aşamada gerçekleşen bir süreçtir.
Amonyağın nitrit ve nitrat tuzlarına dönüştürülmesi Nitrosomonas ve Nitrobacter adı verilen bakteri cinsleri tarafından gerçekleştirilir.
Amonyak, önce nitrosomonas bakterileri tarafından oksitlenerek nitröz aside çevrilir ve bu dönüşüm esnasında enerji açığa çıkar. Nitröz asit ise, nitrobacter tarafından oksitlenerek nitrik aside çevrilir. Bu dönüşümden de enerji açığa çıkar.
Her iki bakteri grubu da ilgili dönüşümlerden açığa çıkan enerjiyi kullanarak önce ATP sentezlerler. Daha sonra ise bu ATP moleküllerini kullanarak organik besin sentezini gerçekleştirirler.
Kemosentetik bakterilerden demir bakterileri demirin iki değerlikli iyonlarını ( Fe++ ), hidrojen bakterileri hidrojeni ( H2 ), kükürt bakterileri ise hidrojen sülfürü ( H2S ) oksitleyerek enerji açığa çıkarırlar.
Kemosentetik bakterilerin hidrojen sülfürü kullanma amacı, fotosentetik bakterilerin bu molekülü kullanma amaçlarından farklıdır. Kemosentetikler hidrojen sülfürü oksitleyerek enerji açığa çıkarırken, fotosentetikler ilgili molekülü hidrojen ve elektron kaynağı olarak kullanmaktadır.
Arkelerin bir kısmı da kemosentez yapar ve çok önemli bölümü yüksek tuzluluk, düşük oksijen konsantrasyonu, yüksek sıcaklık, yüksek ya da düşük pH gibi zor koşullarda yaşar. Biyolojik ve ekonomik özellikleri açısından bakıldığında yaşadıkları çevrenin zorlu koşullar olması bu prokaryotların değerini arttırmaktadır. Örneğin bu canlılarda zor koşullara dayanıklı birçok enzim bulunmuştur.
Bu enzimler, endüstride pek çok tepkimenin gerçekleştirilmesinde, atık metallerin zehirli özelliklerinin azaltılmasında, kalitesi düşük metal cevherlerinin biyolojik yollarla kullanılabilir hâle getirilmesinde vb. alanlarda kullanılmaktadır. Metallerin bulaşması ile kirlenmiş suların yeniden kullanılabilir hâle gelmesinde, boya endüstrisinde ve oksijensiz arıtma tanklarında bulunan atık suyun yeniden temizlenmesinde de kemosentetik organizmalardan yararlanılmaya başlanmıştır.
Metanojen arkeler ise organik besin sentezi için gerekli olan enerjiyi CO2 ve H2 ni kullanıp metan gazı üreterek elde eden kemosentetik canlılardır. Bu canlılar çöplük, bataklık gibi oksijensiz ortamlar ile otçul memelilerin sindirim kanalında yaşarlar.
Kemosentez,
- İnorganik maddelerden organik madde sentezinin olması
- Karbon kaynağı olarak karbondioksidin kullanılması
- ATP sentezlenmesi ve kullanılması
- Enzimatik reaksiyonlarla gerçekleşmesi
- bakımından fotosenteze benzer.
Bunun yanısıra;
- Kemosentezde organik madde sentezi için gerekli olan kimyasal enerji inorganik maddelerin oksidasyonundan elde edilirken, fotosentezde enerji kaynağı ışıktır.
- Kemosentetik organizmalar klorofil molekülü taşımazken, fotosentetik organizmalar klorofil taşırlar.
- Kemosentez ışıklı ve karanlık ortamların tümünde gerçekleşirken, fotosentez ışığa muhtaçtır.
- Kemosentez prokaryotlara özel bir beslenme çeşidi iken, fotosentez bazı bakterilerde, siyanobakterilerde, protista aleminin bazı üyelerinde ve yeşil bitkilerde gözlenen bir faaliyettir.