Хемосинтез . Матеріал для учнів 10 класу.

Джерело: http://faqukrs.xyz/osvita/nauka/144958-hemosintez-ce-riznovid-avtotrofnogo-harchuvannja.html

Особливості хемосинтезу бактерій

Хемосинтез бактерій – тип харчування бактеріальних клітин, при якому вони засвоюють вуглекислий газ (CO2), споживаючи енергію окислення певних речовин неорганічної природи (H2, NH4, іонів Fe, з’єднань S та інших). Цей феномен цікавий ще й тим, що тут проявляється схожість бактерій з рослинами і ціанобактеріями, які за допомогою фотосинтезу отримують кисень з води і вуглекислого газу.
Схема хемосинтезу
Схожість і відмінності процесів живлення бактерії і рослини
Отже, на підставі яких критеріїв можна порівняти ці два процеси? Різниця фотосинтезу від хемосинтезу як механізмів перетворення речовин полягає в тому, що хемосинтез використовує як донора електронів не воду, як під час фотосинтезу, а деякі речовини з неорганічними властивостями. І тут не потрібна ультрафіолетова складова сонячного світла, на відміну від фотосинтезу. Отримана в результаті реакцій окислення енергія накопичується бактеріями у вигляді аденозинтрифосфату (АТФ).
Схожістю фотосинтезу і хемосинтезу виступає обов’язкове використання вуглекислого газу, як джерела вуглецю. Обидва процеси протікають з виділенням тепла (тобто це реакції екзотермічного типу). Енергія, що виділяється під час реакції, споживається бактеріями при хемосинтезу і відновлює CO2, а також синтезує органічні речовини.
Хемосинтез вперше був вивчений в 1887 році російським ученим-мікробіологом Виноградским С.Н .. Вчений спостерігав за залізо- і серобактериями. Саме цим дослідженням Виноградський зумів довести існування автотрофного типу харчування. А в 1890 році запропонував термін «хемосинтез».
С.Н. Виноградський
Основні типи хемосинтетиков
Серед хемосинтезуючих бактерій виділяється кілька груп залежно від речовини, що використовується в якості джерела вуглецю
Сероредуцірующіе, або серобактерии
Абсолютно безбарвні мікроорганізми, які отримують енергію за допомогою окислення сірководню (H2S) і освіти вільної сірки (S).
2H2S + O2 = 2H2O + S2 + 272 кДж
У випадку недостатньої кількості сірководню вони можуть продовжити окислювальний процес окисленням сірки та отриманням сірчаної кислоти (H2SO4):
S2 + 3O2 + 2H2O = 2H2SO4 + 483 кДж
Живуть серобактерии у водоймах, насичених сірководнем. У Чорному морі кількість таких бактерій просто величезна.
Освічена сірчана кислота повільно руйнує споруди з металу і каменю, гірські породи, сприяє вилуговування руди і родовищ сірки.

Нитрифицирующие, або нітробактерій
Це одноклітинні бактерії, що одержують енергію для протікання такого процесу, як хемосинтез, з реакції окислення аміаку (NH3) і азотистої кислоти (HNO2) при гнильному розкладанні речовин органічної природи.
Аммонійокісляющіе мікроорганізми займаються окисленням аміаку:
2NH4 + 3O2 = 2HNO2 + 663 кДж
Нітрітокісляющіе бактерії продовжують окислювальний процес, окислюючи нітритну кислоту до нітратної:
2HNO2 + O2 = 2HNO3 + 192 кДж
Середовищем існування даного виду бактеріальних мікроорганізмів є грунту і водойми, де вони комфортно себе почувають при температурі 25-30 ° С, а також рівні pH = 7,5-8,0. Розмножуються шляхом ділення (крім Nitrobacter).
Види бактерій-хемотрофов
Аммонійокісляющіе бактерії у всьому своєму кількості є облігатними автотрофами, тобто можуть окислити метан (CH4) і діоксид вуглецю.
Нитрифицирующие мікроорганізми належать до хемолітотрофним мікробам, що є найбільш поширеними в природних умовах. З них саме широке поширення отримали аммонійокісляющіе, завдяки можливості використовувати ще один енергетичний джерело окислення метану.
Саме завдяки життєдіяльності нитрифицирующих бактерій утворилося стільки викопної селітри в надрах землі. Людство навчилося використовувати нитрифицирующих бактерій у процесах збагачення руд для отримання чистого марганцю і при видобутку вугілля. Також їх використовують для перетворення стічних вод.
Залізобактерій
Тип бактерій, які здатні окисляти сполуки заліза (Fe), а також марганцю (Mn). Середовищем існування даного виду є морські, прісні водойми. Своєюжиттєдіяльністю вони сприяють відкладів на дні водойм руд, що містять марганець і залізо.
4FeCO3 + O2 + 6H2O = 4Fe (OH) 3 + 4CO2 + 324 кДж
Водневі бактерії, або водородобактеріі
Хемосинтез водневих бактерій протікає за рахунок окислення молекул водню (H2), що утворюється за рахунок анаеробного (без застосування кисню) розкладання на компоненти органічного матеріалу:
2H2 + O2 = 2H2O + 235 кДж
Водневих мікроорганізмів застосовують для продукції харчових, а також кормових білків, здійснення атмосферних регенеративних процесів у системі життєзабезпечення замкнутого типу (у системі «Оазис-2» та інших).
Схожі процеси
Вчені досліджували хемосинтез на мічених вуглекислому газу (14CO2), діючи з різними видами бактерій. У результаті цього була отримана фосфогліцеріновая кислота. Її утворення викликано наявністю в бактеріальних клітинах рібулозодіфосфат, стимулюючого асиміляційні процес в 14CO2. Таким чином, було з’ясовано, що хемосинтез подібний процесам фотосинтезу у приєднанні діоксиду вуглецю до рібулозодіфосфат – основного механізму асиміляції CO2.