Kemosentez Nedir?
Önceleri, doğadaki üretici canlıların sadece ışık enerjisini kullanarak besin üreten yani fotosentez yapan canlılar olduğu sanılıyordu ancak gelişen teknoloji sayesinde okyanus derinliklerinin hiç ışık almayan bölgelerinde bile canlıların yaşadığı keşfedildi.
Bu yaşam ortamındaki üretici canlıların ışık kullanmadan inorganik maddeden organik madde sentezlediği anlaşıldı. Bu olaya kemosentez adı verildi.
Kemosentez Reaksiyonları
Kemosentez reaksiyonları iki aşamada gerçekleşir. İlk aşamada inorganik maddelerin oksidasyonu ile enerji elde edilir. İkinci aşamada ise oksidasyondan elde edilen bu enerji ile karbondioksit ve sudan besin ve oksijen üretilir.
Oksitleme ya da oksidasyon bir atom ya da molekülden elektronun ayrılmasıdır. Elektronun ayrılması sırasında enerji açığa çıkar. Kemosentez yapan canlılar açığa çıkan bu enerjiyi inorganik maddelerden organik madde sentezlemede kullanır. Bazı bakteri ve arkeler, kemosentez yapan canlılardır. Örneğin metan, hidrojen, demir, kükürt, nitrit ve nitrat bakterileri kemosentez yapar.
Fotosentez ile kemosentezin benzer ve farklı yönleri Tablo 2.2.’ de verilmiştir.
Kemosentezin Madde Döngüsüne Katkıları ve Endüstriyel Alanlarda Kullanımı
Kemosentezin Madde Döngüsüne Katkıları
Hayatın devamı için gerekli olan oksijen, su, azot, karbon, fosfor, kükürt gibi maddelerin ekosistem içindeki dolaşımına madde döngüsü denir. Madde döngülerinde en önemli rolü saprofitler (ayrıştırıcılar) ve kemosentetik bakteriler üstlenir. Saprofitler doğadaki ölü hayvan ve bitki gibi organik artıkları ayrıştırarak inorganik maddelere dönüştürür. Kemosentetik bakteriler ise bu inorganik maddeleri organik maddeye dönüştürür. Böylece doğada hiçbir zaman madde kaybı olmaz ve bu maddeler canlılar tarafından tekrar tekrar kullanılır. Örneğin; ölü bitki ve hayvanların yapısındaki azotlu bileşikler saprofitler (ayrıştırıcılar) tarafından NH3 (amanyok)’e dönüştürülür. Bitkiler NH3’ün yapısındaki azotu doğrudan kullanamaz. Kemosentez yapabilen bakterilerden olan nitrit ve nitrat bakterileri amonyağı iki aşamada gerçekleşen kimyasal reaksiyonlar sonucu nitrata dönüştürerek bitkiler tarafından kullanılmasını sağlar. Birinci aşamada nitrit bakterileri amonyağı oksitleyerek nitrite dönüştürür. İkinci aşamada nitrat bakterileri nitriti oksitleyerek nitrata dönüştürür. Bu dönüşümlerde açığa çıkan enerji de kemosentez olayında kullanılır.
Kemosentetik bakterilerden demir bakterileri demir iyonlarını, hidrojen bakterileri hidrojeni, kükürt bakterileri ise hidrojen sülfürü oksitleyerek enerji açığa çıkarır ve madde döngüsüne katkı sağlar. Kemosentetik canlılar madde döngülerini sağlayarak çevre kirliliğini önlemede ve biyolojik dengenin korunmasında etkili olur.
Kemosentezin Endüstriyel Alanlarda Kullanımı
Kemosentetik arkelerin büyük bir bölümü; yüksek tuzluluk, düşük oksijen yoğunluğu, yüksek sıcaklık, yüksek ya da düşük pH gibi zor koşullara karşı dayanıklıdır. Bu canlıların zor koşullara karşı dayanıklı olmalarını sağlayan enzimleridir. Bu enzimler, metallerin kirlettiği suların kullanılabilir hâle getirilmesinde, boya endüstrisinde, arıtma tesislerindeki atık suların temizlenmesinde, kalitesi düşük metal cevherlerin zenginleştirilmesinde kullanılır. Bu yüzden bu enzimler biyolojik ve ekonomik açıdan çok önemlidir.
Kemosentez çöplerin ayrıştırılmasında, biyoyakıt ve biyogaz üretilmesinde de etkilidir. Örneğin kemosentetik arkelerden olan metanojenlerin ürettiği metan gazı arıtma sistemlerinde ve sanayide enerji kaynağı olarak kullanılır. Metan gazının sıvılaştırılmasıyla elde edilen yakıt, seraların ısıtılmasında kullanılır. Biyogaz üretimi sırasında oluşan amonyak ve fosfatlı bileşikler gübre ve hayvan yemi olarak kullanılır.