Особенности питания бактерий-хемосинтетиков

Хемосинтез: определение понятия и история открытия

Давайте разберемся подробнее. Что такое хемосинтез? Это один из способов автотрофного питания, при котором происходит процесс окисления минеральных соединений для синтеза органических. Теперь выясним, у каких организмов происходит хемосинтез. Такой уникальной способностью в природе обладают только некоторые виды прокариот. Этот процесс был открыт в конце 19 века русским микробиологом Сергеем Николаевичем Виноградским. Работая в страсбургской лаборатории Антона де Бари, он осуществил опыт по получению энергии за счет окисления серы. Организмы, которые способны осуществлять этот химический процесс, он назвал аноргоксидантами. В ходе своих исследований ученому удалось открыть и азотфиксирующие бактерии. До открытия процесса хемосинтеза к автотрофным организмам относили только фотосинтезирующие растения и сине-зеленые водоросли.

Схожесть и отличия процессов питания бактерии и растения

Итак, на основании каких критериев можно сравнить эти два процесса? Различие фотосинтеза от хемосинтеза как механизмов преобразования веществ заключается в том, что хемосинтез использует в качестве донора электронов не воду, как во время фотосинтеза, а некоторые вещества с неорганическими свойствами. И здесь не нужна ультрафиолетовая составляющая солнечного света, в отличие от фотосинтеза. Полученная в результате реакций окисления энергия накапливается бактериями в виде аденозинтрифосфата (АТФ).

Хемосинтез впервые был изучен в 1887 году русским ученым-микробиологом Виноградским С.Н.. Ученый наблюдал за железо- и серобактериями. Именно этим исследованием Виноградский сумел доказать существование автотрофного типа питания. А в 1890 году предложил термин «хемосинтез».

Особенности хемосинтезирующих бактерий

Слайд 1

Выполнили: Гуляев Иван; Дружинин Михаил Руководитель: Агапова У.В., учитель биологии

Слайд 2

Хемосинтез — тип питания многих прокариотов, основанный на усвоение углекислого газа за счет процессов окисления неорганических соединений.

К хемосинтезу способны только хемосинтезирующие бактерии: нитрифицирующие , водородные , железобактерии , серобактерии и др.

На земной поверхности молекулярный водород, да еще вместе с кислородом, встречается редко. Именно поэтому распространение хемосинтезирующих бактерий в природе весьма ограничено.

Слайд 3

Нитрифицирующие бактерии , встречающиеся в жирной почве, навозе, окисляют аммоний ( комплексный неорганический катион) до нитрита, а нитрит – до нитрата. Они завершают распад органических азотистых веществ, возвращая азот в соединения, усваиваемые растениями. В то же время удаляется аммиак – неизбежный продукт разложения белков .

Слайд 4

Тионовые бактерии — серобактерии, получающие энергию за счёт окисления серы и её восстановленных неорганических соединений (сероводорода, тиосульфата и др.).

Это мелкие, палочковидные, в большинстве подвижные грамотрицательные бактерии. Строгие аэробы, за исключением нескольких видов, которые могут развиваться и в анаэробных условиях.

Тионовые бактерии широко распространены в водоёмах, почве, рудных месторождениях. Участвуют в круговороте серы и многих других элементов.

С их жизнедеятельностью связано бактериальное выщелачивание металлов из руд, концентратов и горных пород, аэробная коррозия металлов, разрушение бетонных сооружений и т. д.

Слайд 5

Водородные бактерии , бактерии, получающие для роста энергию в результате окисления молекулярного водорода постоянно образующимся при анаэробном разложении различных органических остатков микроорганизмами почвы.

Присутствуют в разных почвах и во многих водоёмах, способны расти за счёт окисления водорода в аэробных условиях, и используют образующуюся при этом энергию для усвоения углерода.

К ним относятся представители более 30 систематических групп.

Хемосинтез в природе

Глубоко в океане есть трубообразные образования, известные как гидротермальные источники. Эти вентиляционные отверстия в океаническом дне выбрасывают сероводород. Этот газ токсичен для людей, но не для всей жизни. На самом деле, среди гидротермальных источников живут организмы, называемые гигантскими трубчатыми червями.

Эти черви полагаются на процесс хемосинтеза, чтобы выжить. В кишечнике трубчатых червей живут хемосинтетические бактерии. Эти бактерии используют неорганические молекулы сероводорода для производства углеводов и аминокислот, которые служат источником энергии для трубчатых червей, так же как пища для людей. На самом деле, это может быть даже один и тот же тип углеводов, с той лишь разницей, как он был произведен. Углеводы на вашем кухонном столе, вероятно, были произведены растениями с помощью фотосинтеза, в то время как углеводы в трубчатых червях синтезировали бактерии с помощью хемосинтеза.

В этом случае сероводород плюс углекислый газ получается углеводы, вода и сернистый газ. Химическое уравнение хемосинтеза таково:

12H₂S + 6CO₂ → C₆H₁₂O₆ (=углеводы) + 6H₂O + 12S

Эта реакция лишь немного отличается от фотосинтеза, где солнечный свет сочетается с углекислым газом и водой, чтобы произвести углеводы и кислород. Заметьте, что отличительной чертой хемосинтеза является использование сероводорода, а не солнечного света, который действует как драйвер для реакции.

Примеры хемоавтотрофов

Nitrosomonas

Nitrosomonas является род азотфиксирующих бактерий.

Как вы уже могли догадаться, «фиксация азота» означает взятие азота из неорганических соединений, таких как аммиак, и сборку его в органические соединения, такие как аминокислоты.

Фиксация азота имеет решающее значение для многих экосистем, даже тех, которые в основном зависят от растений. Многие растения не могут вырабатывать свой собственный азот – это означает, что им требуются азотфиксирующие бактерии в почве, или они не могут получить азотные соединения, необходимые им для жизни.

Фиксация азота является чрезвычайно важной концепцией в сельском хозяйстве, где многие культуры сами не могут проводить фиксацию азота. Чтобы обеспечить достаточное количество органических соединений азота для выращивания в почве, фермеры либо должны убедиться в наличии достаточного количества азотфиксирующих бактерий для поддержания своего урожая, либо добавить искусственные соединения азота в виде удобрений

Следует отметить, что некоторые азотфиксирующие бактерии развили постоянные симбиотические отношения с определенным растением. вид, К ним относятся симбиотические бактерии, обнаруженные в клубеньках на корнях «азотфиксирующих» растений, таких как бобовые. Однако эти азотфиксирующие бактерии не являются хемоавтотрофами, так как они эволюционировали, чтобы полагаться на своих растений-хозяев в пище. Они больше не автотрофы, так как они больше не могут прокормить себя.

Другие типы азотфиксирующих бактерий остаются независимыми и остаются хемоавтотрофами.

Железные бактерии

Железные бактерии – это тип бактерий, которые получают энергию путем окисления двухвалентного железа, которое растворяется в воде.

Поскольку они получают энергию из железа, они могут жить в воде с концентрациями железа, которые убивают большинство организмов. Железные бактерии можно найти в богатых железом колодцах, реках и горячих источниках.

Их иногда считают вредителями, потому что произведенное ими окисленное железо может испачкать раковины, туалеты, одежду и другие материалы, если попадет в воду. Это особенно характерно для колодезной воды, которая не проходит через фильтрация процесс, который проходит муниципальная водопроводная вода.

Тем не менее, железные бактерии также были союзником некоторых отраслей промышленности. В индустрии добычи железа ведутся исследования того, как использовать эти бактерии для захвата и очистки железа, которое иначе было бы недоступно для человека, потому что оно растворяется в воде или смешивается с другими минералами.

Метаногены

Метаногены – это бактерии, которые производят метан. Это хемоавтотрофы, энергия которых электронов, обнаруженных в газообразном водороде, образует метан и другие органические соединения.

Метаногены можно найти на дне океана, где они могут создавать огромные пузырьки метана под дном океана. Их также можно найти в болотах и ​​болотах, где они несут ответственность за производство метана «болотный газ».

Некоторые метаногены живут в кишках жвачных, таких как коровы, и в меньшей степени в кишечниках людей. Это означает, что хемоавтотрофы живут прямо в вашем собственном теле!

Метан является чрезвычайно мощным парниковым газом, способным улавливать гораздо больше солнечного тепла, чем углекислый газ. Поскольку небольшое количество метана может быть таким мощным парниковым газом, многие экологи обеспокоены мясной промышленностью, которая выращивает миллионы голов крупного рогатого скота, в кишечнике которого содержатся многие триллионы бактерий, производящих метан.

Считается, что сокращение животноводства и потребления говядины было бы одним из мощных способов борьбы с антропогенными изменениями климата, вызванными парниковыми газами.

• автотрофного – Любой организм, производящий энергию, получает энергию из неорганических источников и использует ее для создания органических молекул.
• Углеродная фиксация – Процесс, посредством которого углерод из неорганических молекул, таких как диоксид углерода, собирается в органические молекулы, такие как сахара, белки и липиды.
• Photoautotroph – Организм, который использует энергию солнечного света, чтобы питать свою клеточную деятельность и создавать органические молекулы.

Роль хемосинтезирующих бактерий

Хемотрофы играют главную роль в сложных процессах превращения и круговорота соответствующих химических веществ в природе. Поскольку сероводород и аммиак являются достаточно токсичными веществами, существует необходимость в их нейтрализации. Это также осуществляют хемотрофные бактерии. В ходе химических превращений образуются вещества, необходимые другим организмам, что делает возможным их нормальный рост и развитие. Крупные месторождения руд железа и марганца на дне морей и болот возникают благодаря деятельности хемотрофов. А именно — железобактерий.

Человек научился использовать уникальные свойства хемотрофов и в своей деятельности. К примеру, с помощью серобактерий очищают сточные воды от сероводорода, защищают металлические и бетонные трубы от коррозии, а почвы от закисления.

Итак, бактерии хемосинтезирующие являются особыми прокариотами, способными осуществлять соответствующие химические реакции в анаэробных условиях. Эти организмы окисляют вещества. Энергию, которая при этом выделяется, они сначала запасают в связях АТФ, а потом используют для осуществления процессов жизнедеятельности. Основными из них являются железо- , серо- и азотфиксирующие бактерии. Они обитают как в водной, так и в почвенной среде. Хемотрофы являются незаменимым звеном в круговороте веществ, обеспечивают живые организмы необходимыми веществами и широко используются человеком в его хозяйственной и промышленной деятельности.

викторина

1. Что из следующего НЕ относится к хемосинтезу?A. Это процесс использования энергии химических веществ для создания органических соединений.B. Это не может быть завершено без энергии солнечного света.C. Он использует цепь переноса электронов для извлечения энергии из электронов.D. Это требует как исходного соединения углерода, так и источника химической энергии.

Ответ на вопрос № 1

В верно. Хемосинтез НЕ требует энергии от солнечного света. По этой причине его могут использовать организмы в бессветовых экосистемах, таких как дно океана.

2. Что из следующего НЕ верно для уравнения хемосинтеза?A. Это требует углеродсодержащего неорганического соединения, такого как диоксид углерода, на стороне реагента.B. Это требует источника химической энергии на стороне реагента.C. Это заканчивается органической молекулой, такой как сахар, на стороне продукта.D. Это заканчивается преобразованной версией химического источника энергии на стороне продукта.E. Ни один из вышеперечисленных.

Ответ на вопрос № 2

Е верно. Все вышеперечисленное является особенностями уравнения хемосинтеза.

3. Что из перечисленного НЕ является типом хемосинтетических бактерий?A. Железные бактерииB. Метан-продуцирующие бактерииC. Серные бактерииD. Азотфиксирующие бактерииE. Ни один из вышеперечисленных.

Ответ на вопрос № 3

Е верно. Все вышеперечисленное относится к типам хемосинтетических бактерий.

Азотфиксирующие бактерии

Важное значение хемосинтеза в природе во многом определяется и деятельностью азотфиксирующих прокариот. Большинство из них обитают на корнях бобовых и злаковых растений

Их сожительство является взаимовыгодным. Растения обеспечивают прокариоты углеводами, которые были синтезированы в ходе фотосинтеза. А бактерии продуцируют азот, необходимый для полноценного развития корневой системы.

До открытия ценных свойств этого вида считалось, что уникальной способностью обладают листья бобовых. Позже выяснилось, что растения непосредственно не участвуют в процессе азотфиксации, а процесс осуществляют бактерии, обитающие в их корнях.

Этот вид прокариот осуществляет два вида химических реакций. В результате первой происходит превращение аммиака в нитраты. Растворы этих веществ поступают в растение с помощью корневой системы. Такие бактерии называются нитрифицирующими. Другая группа подобных прокариот превращает нитраты в газообразный азот. Они называются денитрификаторами. В результате их совокупной деятельности происходит непрерывный круговорот этого химического элемента в природе.

Азотфиксирующие бактерии проникают в корни растений в местах повреждения покровных тканей или через волоски зоны всасывания. Оказавшись внутри, прокариотические клетки начинают активно делиться, вследствие чего образуются многочисленные выпячивания. Они видны невооруженным глазом. Человек использует свойство азотфиксирующих бактерий для обеспечения почвы естественными нитратами, что приводит к повышению урожайности.

Фотосинтез и хемосинтез

Фотосинтез — процесс образования органических веществ из углекислого газа и воды на свету при участии фотосинтетических пигментов.

Хемосинтез — способ автотрофного питания, при котором источником энергии для синтеза органических веществ из CO2 служат реакции окисления неорганических соединений

Обычно все организмы, способные из неорганических веществ синтезировать органические, т.е. организмы, способные к фотосинтезу и хемосинтезу, относят к автотрофам.

К автотрофам традиционно относят растения и некоторые микроорганизмы.

Кратко мы говорили о фотосинтезе в ходе рассматрения строения растительной клетки, давайте разберем весь процесс поподробнее…

Суть фотосинтеза

(суммарное уравнение)

Основное вещество, участвующее в многоступенчатом процессе фотосинтеза — хлорофилл. Именно оно трансформирует солнечную энергию в химическую.

Важно

На рисунке указано схематическое изображение молекулы хлорофилла, кстати, молекула очень похожа на молекулу гемоглобина…

Хлорофилл встроен  в граны хлоропластов:

Световая фаза фотосинтеза:

(осуществляется на мембранах тилакойдов)

• Свет, попав на молекулу хлорофилла, поглощается им и приводит его в возбужденное состояние — электрон, входящий в состав молекулы, поглотив энергию света, переходит на более высокий энергетический уровень и участвует в процессах синтеза;
• Под действием света так же происходит расщепление (фотолиз) воды:

 Кислород при этом удаляется во внешнюю среду, а протоны накапливаются внутри тилакоида в «протонном резервуаре»

2Н+ + 2е— + НАДФ → НАДФ·Н2

НАДФ — это специфическое вещество, кофермент, т.е. катализатор, в данном случае — переносчик водорода.

синтезируется АТФ (энергия)

Темновая фаза фотосинтеза

(протекает в стромах хлоропластов)

собственно синтез глюкозы

происходит цикл реакций, в которых образуется С6H12O6. В этих реакциях используются энергии АТФ и НАДФ·Н2, образованных в световую фазу; rроме глюкозы, в процессе фотосинтеза образуются другие мономеры сложных органических соединений — аминокислоты, глицерин и жирные кислоты, нуклеотиды

Обратите внимание: темновой эта фаза называется не потому что идет ночью — синтез глюкозы происходит, в общем-то, круглосуточно, но для темновой фазы уже не нужна световая энергия. “Фотосинтез — это процесс, от которого в конечной инстанции зависят все проявления жизни на нашей планете”. “Фотосинтез — это процесс, от которого в конечной инстанции зависят все проявления жизни на нашей планете”

“Фотосинтез — это процесс, от которого в конечной инстанции зависят все проявления жизни на нашей планете”.

К.А.Тимирязев.

В результате фотосинтеза на Земле образуется около 150 млрд т органического вещества и выделяется около 200 млрд т свободного кислорода в год.

Кроме того, растения вовлекают в круговорот миллиарды тонн азота, фосфора, серы, кальция, магния, калия и других элементов.

Хотя зеленый лист использует лишь 1-2% падающего на него света, создаваемые растением органические вещества и кислород в целом обеспечивают существование всего живого на Земле.

Хемосинтез

Хемосинтез осуществляется за счет энергии, выделяющейся при химических реакциях окисления различных неорганических соединений: водорода, сероводорода, аммиака, оксида железа (II) и др.

Соответственно веществам, включенным в метаболизм бактерий, существуют:

• серобактерии — микроорганизмы водоемов, содержащих H2S — источники с очень характерным запахом,
• железобактерии,
• нитрифицирующие бактерии — окисляют аммиак и азотистую кислоту,
• азотфиксирующие бактерии — обогащают почвы, чрезвычайно повышают урожайность,
• водородокисляющие бактерии

Но суть остается та же — это тоже автотрофное питание , так же запасается энергия  и это запас в виде молекул АТФ. 

Этот тип синтеза используется ТОЛЬКО бактериями.

Хемосинтетики — единственные организмы на земле, не зависящие от энергии солнечного света.

Поэтому бактерии, «практикующие» хемосинтез, могут жить на любой глубине океанов.

По современным оценкам, биомасса «подземной биосферы», которая находится, в частности, под морским дном и включает хемосинтезирующих анаэробных  архебактерий, может превышать биомассу остальной биосферы

Совет

Изучением фотосинтеза и хемосинтеза занимался С. Н. Виноградский  — ученый, который рассматривал влияние микроорганизмов на биосферу (он ввел понятие «экология микроорганизмов»).

Как видите,  фотосинтез и хемосинтез — две формы пластического обмена, при котором из неорганических веществ образуются органические вещества.

• примеры воспросов ЕГЭ по теме
• вопросы ОГЭ

Железобактерии

Что такое хемосинтез, можно рассмотреть на примере бактерий, которые преобразуют соединения железа. Их открытие также принадлежит С. Н. Виноградскому. В природе они широко распространены в пресных и соленых водоемах. Суть их хемосинтеза заключается в изменении валентности железа с двух до трех. При этом выделяется небольшое количество энергии. Поэтому железобактериям приходится осуществлять этот процесс очень интенсивно.

Поскольку бактерии являются одними из самых древних организмов, в результате их жизнедеятельности на планете образовались крупные залежи железных и марганцевых руд. В промышленности данные прокариоты используют для получения чистой меди.

Особенности хемосинтезирующих бактерий

Слайд 1

Выполнили: Гуляев Иван; Дружинин Михаил Руководитель: Агапова У.В., учитель биологии

Слайд 2

Хемосинтез — тип питания многих прокариотов, основанный на усвоение углекислого газа за счет процессов окисления неорганических соединений.

К хемосинтезу способны только хемосинтезирующие бактерии: нитрифицирующие , водородные , железобактерии , серобактерии и др.

На земной поверхности молекулярный водород, да еще вместе с кислородом, встречается редко. Именно поэтому распространение хемосинтезирующих бактерий в природе весьма ограничено.

Слайд 3

Нитрифицирующие бактерии , встречающиеся в жирной почве, навозе, окисляют аммоний ( комплексный неорганический катион) до нитрита, а нитрит – до нитрата. Они завершают распад органических азотистых веществ, возвращая азот в соединения, усваиваемые растениями. В то же время удаляется аммиак – неизбежный продукт разложения белков .

Слайд 4

Тионовые бактерии — серобактерии, получающие энергию за счёт окисления серы и её восстановленных неорганических соединений (сероводорода, тиосульфата и др.).

Это мелкие, палочковидные, в большинстве подвижные грамотрицательные бактерии. Строгие аэробы, за исключением нескольких видов, которые могут развиваться и в анаэробных условиях.

Тионовые бактерии широко распространены в водоёмах, почве, рудных месторождениях. Участвуют в круговороте серы и многих других элементов.

С их жизнедеятельностью связано бактериальное выщелачивание металлов из руд, концентратов и горных пород, аэробная коррозия металлов, разрушение бетонных сооружений и т. д.

Слайд 5

Водородные бактерии , бактерии, получающие для роста энергию в результате окисления молекулярного водорода постоянно образующимся при анаэробном разложении различных органических остатков микроорганизмами почвы.

Присутствуют в разных почвах и во многих водоёмах, способны расти за счёт окисления водорода в аэробных условиях, и используют образующуюся при этом энергию для усвоения углерода.

К ним относятся представители более 30 систематических групп.

Серобактерии

Данные прокариоты восстанавливают соединения серы. На исследовании именно этих организмов был открыт процесс хемосинтеза. Для окисления этот вид бактерий использует сероводород, сульфиды, сульфаты, политионаты и другие вещества. А некоторые прокариоты этой группы в ходе хемосинтеза накапливают элементарную серу. Это может происходить как в клетках, так и вне их. Эта способность используется в решении проблемы дополнительной аэрации и закисления почв.

Природной средой обитания серобактерий являются пресные и соленые водоемы. Известны случаи образования симбиозов этих организмов с трубчатыми червями и моллюсками, которые обитают в иле и придонной зоне.

История открытия фотосинтеза

История открытия и изучения фотосинтеза берет начало в 1600 г., когда Ян Батист ван Гельмонт решил разобраться в актуальном на тот момент вопросе: чем питаются растения и откуда они черпают полезные вещества?

В то время считалось, что источником ценных элементов является почва. Ученый поместил в емкость с землей веточку ивы, но предварительно измерил их вес. На протяжении 5 лет он ухаживал за деревом, поливая его, после чего снова провел измерительные процедуры.

Выяснилось, что вес земли снизился на 56 г, однако деревце стало в 30 раз тяжелее. Это открытие опровергло мнение о том, что растения питаются почвой и породило новую теорию – водного питания.

Опыт Яна Батиста ван Гельмонта

В дальнейшем многие ученые пытались ее опровергнуть. Например, Ломоносов считал, что частично структурные компоненты попадают к растениям через листья. Он руководствовался растениями, которые успешно растут на засушливых территориях. Однако доказать эту версию не удалось.

Ближе всего к реальному положению вещей оказался Джозеф Пристли – ученый-химик и священник по совместительству. Однажды он обнаружил погибшую мышь в перевернутой вверх дном банке, и этот случай заставил его провести в 1770-х годах ряд опытов с грызунами, свечами и емкостями.

Пристли обнаружил, что свеча всегда быстро тухнет, если накрыть ее сверху банкой. Также не может выжить и живой организм. Ученый пришел к выводу, что существуют некие силы, которые делают воздух пригодным для жизни, и попытался связать это явление с растениями.

Он продолжил ставить опыты, но в этот раз попробовал поместить под стеклянную емкость горшочек с растущей мятой. К огромному удивлению, растение продолжало активно развиваться. Тогда Пристли поместил под одну банку растение и мышь, а под вторую – только животное. Результат очевиден – под первой емкостью грызун остался невредим.

Опыт Пристли

Достижение химика стало мотивацией для других ученых всего мира повторить эксперимент. Но загвоздка была в том, что священник проводил опыты в дневное время. А, к примеру, аптекарь Карл Шееле – ночью, когда появлялось свободное время. В итоге, ученый обвинил Пристли в обмане, ведь его подопытные не переносили эксперимент с растением.

Между химиками разразилось настоящее научное противостояние, которое принесло существенную пользу и дало возможность сделать еще одно открытие – чтобы растения восстанавливали воздух, им нужен солнечный свет.

Конечно, фотосинтезом это явление тогда еще никто не называл, да и оставалось немало вопросов. Однако в 1782 ботаник Жан Сенебье смог доказать, что при наличии солнечного света растения способны расщеплять углекислый газ на клеточном уровне. А в 1864, наконец, появилось экспериментальное доказательство того, что растения поглощают углекислый газ и выделяют кислород. Это заслуга ученого из Германии – Юлиуса Сакса.

Хемосинтез, примеры хемосинтетических бактерий

Другой группой автотрофных организмов являются хемосинтезирующие бактерии, которые в качестве источника энергии для синтеза органических соединений из неорганических используют энергию ОВР.

Хемосинтез открыл в 1889–1890 гг. русский микробиолог С. Н. Виноградский.

Суть процесса заключается в том, что хемосинтезирующие бактерии окисляют различные неорганические вещества (водород, сероводород, аммиак, оксид железа и др.), а энергия, выделившаяся при этом, запасается в форме АТФ.

Примеры хемосинтезирующих бактерий:

1. Бесцветные серобактерии обитают в водоемах, богатых сероводородом.

Энергию, необходимую для синтеза органических веществ они извлекают, окисляя сероводород:

Выделяющаяся свободная сера накапливается в клетках бактерий. Если сероводорода не достаточно, то бесцветные серобактерии могут окислять свободную серу до серной кислоты:

Нитрифицирующие бактерии широко распространены в почве и водоемах.

Они окисляют аммиак и азотистую кислоту до азотной кислоты.

Бактерии, которые окисляют аммиак, выделяющийся при гниении белков, до азотистой кислоты называются нитросомонас:

Другая группа нитрифицирующих бактерий (нитробактер) окисляет азотистую кислоту до азотной кислоты:

Железобактерии во множестве обитающие в болотной воде окисляют двухвалентное железо до трехвалентного железа.

Этот процесс имеет большое значение для образования железных руд.

Хемосинтетические бактерии играют важную роль в круговороте веществ в биосфере.

Азотфиксирующие бактерии единственные организмы на Земле, которые усваивают свободный азот атмосферы и вовлекают его в круговорот веществ. Примером таких бактерий являются клубеньковые бактерии, поселяющиеся в клубеньках на корнях бобовых растений. В круговороте азота также большое значение имеют нитрифицирующие бактерии. Бактерии, окисляющие соединения железа и марганца, имеют значение для отложения железных и марганцевых руд.

Хемосинтез — древнейший тип автотрофного питания, который в процессе эволюции мог появиться раньше фотосинтеза. В отличие от фотосинтеза при хемосинтезе первичным источником энергии является не солнечный свет, а химические реакции окисления веществ, обычно неорганических.

Хемосинтез наблюдается только у ряда прокариот.

Многие хемосинтетики обитают в недоступных для других организмов местах: на огромных глубинах, в бескислородных условиях.

Хемосинтез в каком-то смысле уникальное явление. Хемосинтезирующие организмы не зависят от энергии солнечного света ни напрямую как растения, ни косвенно как животные. Исключением являются бактерии, окисляющие аммиак, т. к. последний выделяется в результате гниения органики.

Сходство хемосинтеза с фотосинтезом:

• автотрофное питание,
• энергия запасается в АТФ и потом используется для синтеза органических веществ.

Отличия хемосинтеза:

• источник энергии – различные окислительно-восстановительные химические реакции,
• характерен только для ряда бактерий и архей;
• клетки не содержат хлорофилла;
• в качестве источника углерода для синтеза органики используется не только CO2, но также окись углерода (CO), муравьиная кислота (HCOOH), метанол (CH3OH), уксусная кислота (CH3COOH), карбонаты.

Хемосинтетики получают энергию при окислении серы, сероводорода, водорода, железа, марганца, аммиака, нитрита и др.

Как видно, используются неорганические вещества.

В зависимости от окисляемого субстрата для получения энергии хемосинтетиков делят на группы: железобактерии, серобактерии, метанообразующие археи, нитрифицирующие бактерии и др.

У аэробных хемосинтезирующих организмов акцептором электронов и водорода служит кислород, т. е. он выступает в роли окислителя.

Хемотрофы играют важную роль в круговороте веществ, особенно азота, поддерживают плодородие почв.

Виды автотрофов

Автотрофные организмы сами синтезируют органические вещества, которые в дальнейшем используют для осуществления различных процессов жизнедеятельности. В зависимости от источника энергии, который при этом используется, различают еще две группы организмов. Это фото- и хемотрофы. Представителями первой из них являются растения. Они синтезируют углевод в глюкозу в ходе фотосинтеза. Этот процесс происходит только в зеленых пластидах хлоропластах при наличии солнечного света, воды и углекислого газа. Хемотрофами являются некоторые бактерии. Для синтеза органики им необходимы различные химические соединения, которые они окисляют. Сходства фотосинтеза и хемосинтеза заключаются в способности организмов самостоятельно образовывать необходимые им вещества, получая из окружающей среды углерод, воду и минеральные соли.

Роль хемосинтезирующих бактерий

Хемотрофы играют главную роль в сложных процессах превращения и круговорота соответствующих химических веществ в природе. Поскольку сероводород и аммиак являются достаточно токсичными веществами, существует необходимость в их нейтрализации. Это также осуществляют хемотрофные бактерии. В ходе химических превращений образуются вещества, необходимые другим организмам, что делает возможным их нормальный рост и развитие. Крупные месторождения руд железа и марганца на дне морей и болот возникают благодаря деятельности хемотрофов. А именно — железобактерий.

Человек научился использовать уникальные свойства хемотрофов и в своей деятельности. К примеру, с помощью серобактерий очищают сточные воды от сероводорода, защищают металлические и бетонные трубы от коррозии, а почвы от закисления.

Итак, бактерии хемосинтезирующие являются особыми прокариотами, способными осуществлять соответствующие химические реакции в анаэробных условиях. Эти организмы окисляют вещества. Энергию, которая при этом выделяется, они сначала запасают в связях АТФ, а потом используют для осуществления процессов жизнедеятельности. Основными из них являются железо- , серо- и азотфиксирующие бактерии. Они обитают как в водной, так и в почвенной среде. Хемотрофы являются незаменимым звеном в круговороте веществ, обеспечивают живые организмы необходимыми веществами и широко используются человеком в его хозяйственной и промышленной деятельности.

Описание фототрофных организмов и примеры

Фототрофные организмы еще называют фотосинтезирующими микроорганизмами. Световая энергия, которую поглощают фототрофы, помогает биосинтезу клеточных компонентов и энергозависимым процессам, обеспечивающим рост бактерий.

Фототрофы представлены:

• Зелеными и пурпурными бактериями;
• Гелиобактериями;
• Цианобактериями;
• Красными, зелеными, диатомовыми и другими водорослями.

Самыми древними фотосинтезирующими автотрофами являются зеленые и пурпурные бактерии. Именно с них начались исследования фототрофной группы. По организации своей группы они похожи с сине-зелеными водорослями. Они получили название сине-зеленых бактерий, или цианобактерий, так как они являются прокариотами. Но по фотосинтезирующей форме, составу хлорофиллов и пигментам зеленые и пурпурные серобактерии сильно отличаются от других фототрофов. Фотосинтез происходит в хлоропластах — специальных зеленых пластидах, расположенных в клетках. Хлоропласты содержат в себе хлорофилл, являющийся пигментом, окрашивающим части автотрофов в зеленый оттенок. Процесс происходит только при наличии воды и углекислого газа, выделяющегося из живых организмов при дыхании. Большая часть фототрофов выделяет кислород, который жизненно необходим объектам живой природы.

Строение фотосинтетического аппарата большинства фототрофов включает:

• Светособирающие пигменты, поглощающие световую энергию и передающую ее в реакционный центр;
• Фотохимические реакционные центры, в которых электромагнитная форма энергии трансформируется в химическую;
• Фотосинтетические электротранспортные системы, которые обеспечивают перенос электронов и запасают энергию в молекулах АТФ (аденозинтрифосфат).

Большая часть фототрофов представлена автотрофными организмами, поэтому их еще называют фотоавтотрофы. У них происходит фиксирование неорганического углерода. Таким организмам часто противопоставляются хемотрофы, получающие энергию в результате окислительно-восстановительных реакций, в которых окисляются доноры электронов. В фотоавтотрофных микроорганизмах может происходить синтез своих собственных продуктов питания, которые они получают из неорганических веществ под воздействием световой энергии и углекислого газа. К фотоавтотрофам относится ряд зеленых растений, цианобактерий и множество фотосинтезирующих бактерий.

Другой группой фототрофов выступают организмы, которые называют фотогетеротрофами. Для них свойственно использование света в качестве источника энергии и органических соединений как источника углерода. Синтез АТФ фотогетеротрофами происходит с помощью фотофосфорилирования. Поскольку эти бактерии не могут фиксировать бесцветный газ, построение биомолекул микроорганизма осуществляется с готовыми органическими соединениями. Группа таких фототрофов включает пурпурные и зеленые несерные бактерии, гелиобактерии, галобактерии и некоторые виды цианобактерий, способные расти гетеротрофно.

Суть автотрофного питания

Хемосинтезирующие бактерии, примеры которых будут рассмотрены в нашей статье, самостоятельно производят органические вещества. Они являются автотрофами, подобно растениям. Однако последние используют для этого энергию солнечного света. Наличие зеленых пластид хлоропластов позволяет им осуществлять процесс фотосинтеза. Его суть заключается в образовании углевода глюкозы из неорганических веществ — воды и углекислого газа. Еще одним продуктом данной химической реакции является кислород. Бактерии также являются автотрофами. Но для получения энергии им не нужен солнечный свет. Они осуществляют другой процесс — хемосинтез.

Вывод

Живые организмы получают энергию различными способами. Некоторые вещи, например люди, получают энергию, потребляя свою пищу. Другие организмы производят пищу либо фотосинтезом, либо хемосинтезом, процессом использования неорганических молекул для помощи в преобразовании молекул углерода в органическое вещество. Этот процесс чаще всего происходит у бактерий, обитающих вблизи гидротермальных источников на дне океана. Некоторые из этих бактерий живут в кишечнике трубчатых червей, где они используют токсичный сероводород для создания сахара для использования трубчатыми червями в качестве источника энергии.

Мне нравитсяНе нравится