Презентація
Процес хемосинтезу
Одним з видів автотрофного живлення є хемосинтез — процес, у якому енергію для утворення органічних речовин організм отримує від реакцій окиснення неорганічних сполук.
Такий тип живлення характерний тільки для бактерій і архей.
Хемосинтез здійснюється без участі світла. Це відрізняє хемосинтезуючі організми від фотосинтезуючих, оскільки останні використовують як джерело енергії сонячне світло, а не енергію хімічних реакцій.
Для одержання енергії мікроорганізми використовують енергію реакцій окиснення сірководню, амоніаку, водню, ферум(ІІ) оксиду та інших речовин. Енергія, що отримується під час окиснення, запасається у формі АТФ.
Речовинами, з яких відбувається синтез органічних молекул, є вуглекислий газ або метан.
Процес хемосинтезу відкрив 1889 року видатний український мікробіолог С. М. Виноградський.
Групи хемосинтезуючих організмів
Залізобактерії. Існують за рахунок окиснення Феруму (двовалентного Fe2+ до тривалентного Fe3+):
4Fe(OH)2+ O2 = 4H2O + 2Fe2O3
Утворений ферум(ІІІ) оксид залізобактерії відкладають у своїй слизовій оболонці. Ці мікроорганізми поширені в прісних і морських водоймах (мал. 48.1, 48.2).
Сіркобактерії. Окиснюють сірководень (гідроген сульфід) до молекулярної сірки:
2H2S + O2 = 2H2O + 2S
У разі нестачі сірководню окиснюють сульфур до сульфатної кислоти:
2S + 3O2 + 2H2O = 2H2SO4
Сіркобактерії можуть жити в океанах на величезній глибині, у тих місцях, де з розломів земної кори у воду виходить сірководень. Колосальна кількість сіркобактерій існує в Чорному морі, в якому на глибинах понад 200 м вода насичена сірководнем.
Тіонові бактерії. Окиснюють відновлені сполуки Сульфуру та двовалентного Феруму до сульфатної кислоти. Деякі представники тіонових бактерій здатні виживати й розмножуватися за екстремальних концентрацій кислоти (pH = 2). Більшість із них є аеробами.
Нітрифікуючі бактерії. Окиснюють амоніак, що утворюється в процесі гниття органічних речовин (білків), до нітритної та нітратної кислот:
2NH3+ 3O2= 2HNO2 + 2H2O,
2HNO2 + O2 = 2HNO3
Утворені кислоти взаємодіють з ґрунтовими мінералами, утворюючи нітрити та нітрати. Нітрифікуючі бактерії поширені в ґрунті та водоймах. Багато з них є симбіонтами рослин.
Водневі бактерії окиснюють водень, який утворюється під час анаеробного розкладання органічних решток: 2H2 + O2 = 2H2O. Отриману енергію використовують для перетворення CO2 на метан та інші органічні сполуки.
Мал. 48.1. Залізисті кварцити — результат життєдіяльності залізобактерій
Мал. 48.2. Результати діяльності залізобактерій у водопровідних трубах
Значення хемосинтезу
Органічна продукція хемосинтезу становить менше 1 % від фотосинтезу, проте він має величезне значення для біологічних і геохімічних процесів на Землі. Основне значення хемосинтезу полягає в тому, що він забезпечує кругообіг найважливіших елементів зі змінним ступенем окиснення: Феруму, Сульфуру, Нітрогену та інших.
Суттєве значення в кругообігу Нітрогену належить хемотрофним нітрифікуючим бактеріям. Вони поширені в природі, і здійснювані ними процеси відбуваються у досить великих масштабах. Процес нітрифікації є джерелом нітратів і нітритів — сполук Нітрогену, що засвоюються рослинами і включаються до складу органічних речовин. До того ж, життєдіяльність нітрифікуючих бактерій — найважливіший чинник родючості ґрунтів. Важливу роль у процесах перетворення речовин у ґрунтах відіграють також водневі бактерії.
Залізобактерії відіграють важливу роль у кругообігу таких елементів, як Ферум і Манган. Завдяки їхній життєдіяльності на дні водойм відкладаються залізні й марганцеві руди.
Сіркобактерії, утворюючи сульфатну кислоту, сприяють поступовому руйнуванню і вивітрюванню гірських порід, руйнуванню кам’яних і металевих споруд.
Хемосинтезуючі організми виробляють органічні речовини там, де фотосинтез неможливий. Глибоко на дні океанів існують справжні «оази життя» навколо «чорних паліїв». «Чорні палії» — це підводні гарячі джерела, вода яких насичена сполуками Сульфуру. Сіркобактерії використовують ці сполуки для свого росту, а ними живляться інші живі організми (мал. 48.3).
Мал. 48.3. Скупчення живих організмів біля «чорного палія»
Процес хемосинтезу
Одним з видів автотрофного живлення є хемосинтез — процес, у якому енергію для утворення органічних речовин організм отримує від реакцій окиснення неорганічних сполук.
Такий тип живлення характерний тільки для бактерій і архей.
Хемосинтез здійснюється без участі світла. Це відрізняє хемосинтезуючі організми від фотосинтезуючих, оскільки останні використовують як джерело енергії сонячне світло, а не енергію хімічних реакцій.
Для одержання енергії мікроорганізми використовують енергію реакцій окиснення сірководню, амоніаку, водню, ферум(ІІ) оксиду та інших речовин. Енергія, що отримується під час окиснення, запасається у формі АТФ.
Речовинами, з яких відбувається синтез органічних молекул, є вуглекислий газ або метан.
Процес хемосинтезу відкрив 1889 року видатний український мікробіолог С. М. Виноградський.
Групи хемосинтезуючих організмів
Залізобактерії. Існують за рахунок окиснення Феруму (двовалентного Fe2+ до тривалентного Fe3+):
4Fe(OH)2+ O2 = 4H2O + 2Fe2O3
Утворений ферум(ІІІ) оксид залізобактерії відкладають у своїй слизовій оболонці. Ці мікроорганізми поширені в прісних і морських водоймах (мал. 48.1, 48.2).
Сіркобактерії. Окиснюють сірководень (гідроген сульфід) до молекулярної сірки:
2H2S + O2 = 2H2O + 2S
У разі нестачі сірководню окиснюють сульфур до сульфатної кислоти:
2S + 3O2 + 2H2O = 2H2SO4
Сіркобактерії можуть жити в океанах на величезній глибині, у тих місцях, де з розломів земної кори у воду виходить сірководень. Колосальна кількість сіркобактерій існує в Чорному морі, в якому на глибинах понад 200 м вода насичена сірководнем.
Тіонові бактерії. Окиснюють відновлені сполуки Сульфуру та двовалентного Феруму до сульфатної кислоти. Деякі представники тіонових бактерій здатні виживати й розмножуватися за екстремальних концентрацій кислоти (pH = 2). Більшість із них є аеробами.
Нітрифікуючі бактерії. Окиснюють амоніак, що утворюється в процесі гниття органічних речовин (білків), до нітритної та нітратної кислот:
2NH3+ 3O2= 2HNO2 + 2H2O,
2HNO2 + O2 = 2HNO3
Утворені кислоти взаємодіють з ґрунтовими мінералами, утворюючи нітрити та нітрати. Нітрифікуючі бактерії поширені в ґрунті та водоймах. Багато з них є симбіонтами рослин.
Водневі бактерії окиснюють водень, який утворюється під час анаеробного розкладання органічних решток: 2H2 + O2 = 2H2O. Отриману енергію використовують для перетворення CO2 на метан та інші органічні сполуки.
Мал. 48.1. Залізисті кварцити — результат життєдіяльності залізобактерій
Мал. 48.2. Результати діяльності залізобактерій у водопровідних трубах
Значення хемосинтезу
Органічна продукція хемосинтезу становить менше 1 % від фотосинтезу, проте він має величезне значення для біологічних і геохімічних процесів на Землі. Основне значення хемосинтезу полягає в тому, що він забезпечує кругообіг найважливіших елементів зі змінним ступенем окиснення: Феруму, Сульфуру, Нітрогену та інших.
Суттєве значення в кругообігу Нітрогену належить хемотрофним нітрифікуючим бактеріям. Вони поширені в природі, і здійснювані ними процеси відбуваються у досить великих масштабах. Процес нітрифікації є джерелом нітратів і нітритів — сполук Нітрогену, що засвоюються рослинами і включаються до складу органічних речовин. До того ж, життєдіяльність нітрифікуючих бактерій — найважливіший чинник родючості ґрунтів. Важливу роль у процесах перетворення речовин у ґрунтах відіграють також водневі бактерії.
Залізобактерії відіграють важливу роль у кругообігу таких елементів, як Ферум і Манган. Завдяки їхній життєдіяльності на дні водойм відкладаються залізні й марганцеві руди.
Сіркобактерії, утворюючи сульфатну кислоту, сприяють поступовому руйнуванню і вивітрюванню гірських порід, руйнуванню кам’яних і металевих споруд.
Хемосинтезуючі організми виробляють органічні речовини там, де фотосинтез неможливий. Глибоко на дні океанів існують справжні «оази життя» навколо «чорних паліїв». «Чорні палії» — це підводні гарячі джерела, вода яких насичена сполуками Сульфуру. Сіркобактерії використовують ці сполуки для свого росту, а ними живляться інші живі організми (мал. 48.3).
Мал. 48.3. Скупчення живих організмів біля «чорного палія»
Історія відкриття хемосинтезу
Як біологічне явище хемосинтез бактерій був відкритий російським біологом С. Н. Виноградским у 1888 році. Вчений довів здатність деяких бактерій виділяти вуглеводи використовуючи хімічну енергію. Їм же було виділено ряд особливих хемосинтизуючих бактерій, серед яких найбільш помітними є сіркобактерії, залізобактерії та нітрофікуючі бактерії.
Хемосинтез і фотосинтез: подібності та відмінності
Давайте тепер розберемо в чому подібність хемосинтезу і фотосинтезу, а в чому відмінності між ними.
Подібність:
- Як хемосинтез, так і фотосинтез є типами автотрофного харчування, коли організм виділяє органічні речовини з неорганічних.
- Енергія такої реакції запасається в аденозинтрифосфорній кислоті (скорочено АТФ) і згодом використовується для синтезу органічних речовин.
Відмінність фотосинтезу від хемосинтезу:
- У них різне джерело енергії, і як наслідок різні окислювально-відновні реакції. При хемосинтезі первинним джерелом енергії є не сонячне світло, а хімічні реакції по окисленню певних речовин.
- Хемосинтез характерний виключно для бактерій та арей.
- При хемосинтезі клітини бактерій не містять хлорофілу, при фотосинтезі навпаки – містять.
- Джерелом вуглецю для синтезу органіки при хемосинтезі може бути не тільки лише вуглекислий газ, але і окис вуглецю (СО), мурашина кислота, оцтова кислота, метанол і карбонати.
Енергія хемосинтезу
Свою енергію бактерії хемосинтетики отримують завдяки окисленню водню, марганцю, заліза, сірки, аміаку, тощо. В залежності від окисленого субстрату згадані нами вище бактерії і отримали свої назви: залізобактерії, сіркобактерії, метаноутворюючі археї, нітріфікуючі бактерії, ну і так далі.
Значення хемосинтезу в природі
Хемотрофи – організми, які отримують життєву енергію завдяки хемосинтезу, грають важливу роль в круговороті речовин, особливо азоту, зокрема вони підтримують родючість грунтів. Також завдяки діяльності бактерій-хемосинтетиків в природних умовах накопичуються великі запаси руди та селітри.
Реакції хемосинтезу
Тепер давайте більш детально розберемо існуючі реакції хемосинтезу, всі вони відрізняються в залежності від бактерій-хемосинтетиків.
Залізобактерії
До них відносяться нитчасті і залізоокислюючі лептотрікси, сферотіллюси, галліонелли, металлогеніуми. Живуть вони в прісних і морських водоймах. Завдяки реакції хемосинтезу утворюються відкладення залізних руд шляхом окислення двовалентного заліза в тривалентне.
4FeCO3 + O2 + 6H2O → Fe(OH)3 + 4CO2 + E (енергія)
Крім енергії в цій реакції утворюється вуглекислий газ. Також крім бактерій, що окислюють залізо, є бактерії, що окислюють марганець.
Сіркобактерії
Інша їх назва – тіобактерії, являють собою досить велику групу мікроорганізмів. Як це випливає з їх назви, ці бактерії отримують енергію шляхом окислення сполук з відновленою сіркою.
2S + 3O2 + 2H2O → 2H2SO4 + E
Отримана в результаті реакції сірка може, як накопичуватися в самих бактеріях, так і виділятися в навколишнє середовище у вигляді пластівців.
Нітріфікуючі бактерії
Ці бактерії, що живуть у ґрунті і воді, свою енергію отримують за рахунок аміаку та азотної кислоти, саме вони відіграють дуже важливу роль в кругообігу азоту.
2NH3 + 3O2 → HNO2 + 2H2O + E
Азотиста кислота, отримана при такій реакції, утворює в землі солі і нітрати, що сприяють її родючості
.
Немає коментарів:
Дописати коментар