Sinh vật vô cơ dưỡng
Hóa sinh > Sinh vật hóa vô cơ dưỡng > Tổng quan về quá trình trao đổi chất

Có một sự thay đổi khá lớn trong các loại chất nền vô cơ mà các vi sinh vật này có thể sử dụng để sản xuất năng lượng. Lưu huỳnh là một trong nhiều chất nền vô cơ có thể được sử dụng trong các hình thức khử khác nhau tùy thuộc vào quá trình sinh hóa cụ thể mà một chất xúc tác sử dụng. Các sinh vật hóa vô cơ dưỡng có được sản phẩm tốt nhất khi hô hấp hiếu khí, có nghĩa là chúng sử dụng oxy trong quá trình trao đổi chất của chúng. Độ âm điện cao của oxy và dẫn đến tăng năng lượng lớn làm cho nó trở nên lý tưởng để sử dụng như một chất nhận điện tử đầu cuối (TEA). Danh sách các vi sinh vật sử dụng hô hấp kỵ khí mặc dù đang tăng lên. Tại trung tâm của quá trình trao đổi chất này là một hệ thống vận chuyển điện tử tương tự như của sinh vật hóa hữu cơ dưỡng. Sự khác biệt chính giữa hai vi sinh vật này là các sinh vật hóa vô cơ dưỡng trực tiếp cung cấp các electron cho chuỗi truyền điện tử, trong khi sinh vật hóa hữu cơ dưỡng phải tạo ra năng lượng riêng của tế bào bằng cách oxy hóa các hợp chất hữu cơ. Sinh vật hóa vô cơ dưỡng bỏ qua điều này bằng cách lấy lực khử của chúng trực tiếp từ chất nền vô cơ hoặc bằng phản ứng truyền điện tử ngược. Một số vi khuẩn hóa vô dưỡng chuyên dụng sử dụng các dẫn xuất khác nhau của hệ thống Sox; một con đường trung tâm cụ thể cho quá trình oxy hóa lưu huỳnh. Con đường cổ và độc đáo này minh họa năng lượng mà các sinh vật hóa vô cơ dưỡng đã tiến hóa để sử dụng từ các chất vô cơ, chẳng hạn như lưu huỳnh.
Trong sinh vật vô cơ dưỡng, các hợp chất - các chất cho điện tử - bị oxy hóa trong tế bào, và các electron được chuyển thành chuỗi hô hấp, cuối cùng là tạo ra ATP. Chất nhận electron có thể là oxy (trong vi khuẩn hiếu khí), nhưng một loạt những chất nhận electron khác, hữu cơ và vô cơ, cũng được sử dụng bởi nhiều loài khác nhau. Vi khuẩn hiếu khí như vi khuẩn nitrat hóa, Nitrobacter, sử dụng oxy để oxy hóa nitrit thành nitrat. Một số chất xúc tác tạo ra các hợp chất hữu cơ từ cacbon dioxide trong một quá trình gọi là quá trình hóa tổng hợp, giống như thực vật làm trong quá trình quang hợp. Thực vật sử dụng năng lượng từ ánh sáng mặt trời để cố định cacbon dioxide, vì cả nước và cacbon dioxide đều có năng lượng thấp. Ngược lại, các hợp chất hydro được sử dụng trong quá trình tổng hợp hóa học có nhiều năng lượng, vì vậy quá trình tổng hợp hóa học có thể diễn ra trong trường hợp không có ánh sáng mặt trời (ví dụ, xung quanh miệng phun thủy nhiệt). Các hệ sinh thái hình thành trong và xung quanh miệng phun thủy nhiệt vì sự phong phú của các chất vô cơ, cụ thể là hydro, liên tục được cung cấp thông qua mắc ma trong các túi dưới đáy biển. Các chất xúc tác khác có thể trực tiếp sử dụng các chất vô cơ, ví dụ, sắt, hydro sunfit, lưu huỳnh đơn chất, hoặc thiosulfat, cho một số hoặc tất cả nhu cầu năng lượng của chúng.
Dưới đây là một vài ví dụ về các lộ trình hóa vô cơ dưỡng, bất kỳ cách nào trong số đó có thể sử dụng oxy, lưu huỳnh hoặc các phân tử khác như là những chất nhận điện tử:
| Tên | Ví dụ | Nguồn năng lượng và electron | Chất nhận điện tử hô hấp |
| --- | --- | --- | --- |
| Vi khuẩn oxy hóa sắt | Acidithiobacillus ferrooxidans | Fe2+ (sắt II) → Fe3+ (sắt III) + e− | O2 (oxy) → H2O (nước) |
| Nitrosifying bacteria | Nitrosomonas | NH3 (amonia) → NO− 2 (nitrit) + e− | O2 (oxy) → H2O (nước) |
| Nitrifying bacteria | Nitrobacter | NO− 2 (nitrit) → NO− 3 (nitrat) + e− | O2 (oxy) → H2O (nước) |
| Vi khuẩn lưu huỳnh tía | Halothiobacillaceae | S− 2 (sulfide) → S (sulfur) + e− | O2 (oxy) → H2O (nước) |
| Vi khuẩn oxy hóa lưu huỳnh | Chemotrophic Rhodobacteraceae và Thiotrichaceae | S  (lưu huỳnh) → SO2− 4 (sunfat) + e− | O2 (oxy) → H2O (nước) |
| Vi khuẩn oxy hóa hydro hiếu khí | Cupriavidus metallidurans | H2 (hydro) → H2O (nước) + e− | O2 (oxy) → H2O (nước) |
| Vi khuẩn anammox | Planctomycetes | NH3  (amonia) → N2 (nitrogen) + e− | NO− 2 (nitrit) |
| Thiobacillus denitrificans | Thiobacillus denitrificans | S (Lưu huỳnh) → SO2− 4 (sunfat) + e− | NO− 3 (nitrat) |
| Vi khuẩn khử sunfat: Vi khuẩn hydro | Desulfovibrio paquesii | H2 (hydro) → H2O (nước) + e− | Sunfat (SO2− 4) |
| Vi khuẩn khử sulfat: Vi khuẩn Phosphit | Desulfotignum phosphitoxidans | PO3− 3 (phosphite) → PO3− 4 (Phosphat) + e− | Sunfat (SO2− 4) |
| Methanogens | Vi khuẩn cổ | H2 (hydro) → H2O (nước) + e− | CO2 (cacbon dioxide) |
| Vi khuẩn carboxydotrophic | Carboxydothermus hydrogenoformans | carbon monoxit (CO) → carbon dioxide (CO2) + e− | H2O (nước) → H2 (hydro) |