Chemoautotrophie

Prokaryotische Organismen, die Ihre Energie aus der Oxidation von reduzierten chemischen Substanzen gewinnen, werden als chemoautotroph bezeichnet.

Stickstoffbakterien

Oxidation von Ammoniak NH₃ zu Nitrit NO₂^-

Die bakterielle Oxidation von Ammoniak zu Nitrit wird auch als Nitrifikation bezeichnet. Bakterien, die das meist aus Verwesungsprozessen stammende Ammoniak zu Nitrit oxidieren, spielen eine wichtige Rolle im Stickstoffkreislauf der Erde. Solche Bakterien werden auch als Ammoniakoxidierer oder Nitritbakterien bezeichnet.

$2 \ NH_3 + 3 \ O_2 \rightarrow 2 \ H^{+} + 2 \ H_2O + 2 \ NO_2^{-}$

Bekannte Ammoniak-Oxidierer sind vor allem Nitrosomonas, Nitrosococcus und Nitrosospira.

Oxidation von Nitrit NO₂^- zu Nitrat NO₃^-

$2 \ NO_2^{-} + O_2 \rightarrow 2 \ NO_3^{-}$

Bekannte Nitrit-Oxidierer oder Nitratbakterien sind vor allem Nitrobacter, Nitrococcus und Nitrospira. Auch diese Bakterien sind entscheidend für den Stickstoffkreislauf.

Schwefelbakterien

Schwefelbakterien (Schwefeloxidierende Bakterien, Sulfurikanten) spielen eine wichtige Rolle im Stoffkreislauf des Schwefels. Beim Verwesen organischen Materials entsteht Schwefelwasserstoff H₂S, also eine stark reduzierte Verbindung, die von vielen Prokaryoten leicht oxidiert werden kann.

Oxidation von Sulfid S^2- zu Schwefel S

$2 \ S^{2-} + 4 \ H^{+} + O_2 \to 2 \ S + H_2O$

Oxidation von Schwefel S zu Sulfat SO₄^3-

$2 \ S + 2 \ H_2O + 3 \ O_2 \to 2 \ SO_4^{2-} + 4 \ H^{+}$

Diese Oxidationsreaktionen verlaufen aerob, sind also auf Luftsauerstoff angewiesen. Neben diesen farblosen aeroben und chemoautotrophen Schwefelbakterien gibt es auch photoautotrophe anaerobe Schwefelbakterien, die durch Chlorophyll grün gefärbt sind. In einem photosyntheseartigen Prozess wird hier nicht H₂O oxidiert (was wegen des positiven Redoxpotenzials von Wasser recht schwer ist; grüne Pflanzen brauchen dafür zwei Photosysteme), sondern H₂S. Zu diesen Bakterien gehören u.a. die Grünen Schwefelbakterien (Chlorobium) und die Schwefelpurpurbakterien (Chromatium).

Auch einige Cyanobakterien (früher als Blaualgen bezeichnet) können bei der Photosynthese H₂S statt H₂O als Elektronen-Donator verwenden.

Eisenbakterien

Oxidation von Fe²⁺ zu Fe³⁺

$4 \ Fe^{2+} + 4 \ H^{+} + O_2 \to 4 \ Fe^{3+} + 2 \ H_2O$

Hier sehen wir eine typische Reaktion, wie sie in den Eisenoxidierenden Bakterien und Archaeen abläuft. Ähnlich wie die Stickstoff- und Schwefelbakterien stellen auch die Eisenbakterien (und -archaeen) keine phylogenetisch einheitliche Gruppe dar. Die Fähigkeit, Fe²⁺-Ionen zu Fe³⁺-Ionen zu oxidieren, ist mehrmals unabhängig voneinander in der Evolution entstanden.

Wasserstoffbakterien

Oxidation von H₂ zu H₂O

$2 \ H_2 + O_2 \to 2 \ H_2O$

Diese eher seltenen Bakterien werden manchmal auch als Knallgasbakterien bezeichnet, weil sie die gleiche Reaktion durchführen, wie man sie aus dem Chemieunterricht kennt. Die bekannteste Gattung, die diese Oxidation durchführt, ist Ralstonia.