Хемосинтез – біологія

Хемосинтез — найдавніший тип автотрофного живлення, який у процесі еволюції міг з’явитися раніше фотосинтезу. На відміну від фотосинтезу при хемосинтезе первинним джерелом енергії є сонячне світло, а хімічні реакції окислення речовин, зазвичай неорганічних.

Хемосинтез спостерігається тільки у ряду прокаріотів. Багато хемосинтетики мешкають в недоступних для інших організмів місцях: на величезних глибинах, в безкисневих умовах.

Хемосинтез у якомусь сенсі унікальне явище. Хемосинтезіруючи організми не залежать від енергії сонячного світла ні безпосередньо як рослини, ні побічно як тварини. Винятком є бактерії, що окислюють аміак, оскільки останній виділяється в результаті гниття органіки.

Схожість хемосинтезу з фотосинтезом:

  • автотрофное харчування,

  • енергія запасається в АТФ і потім використовується для синтезу органічних речовин.

Відмінності хемосинтезу:

  • джерело енергії – різні окислювально-відновні хімічні реакції,

  • характерний тільки для ряду бактерій і архей;

  • клітини не містять хлорофілу;

  • в якості джерела вуглецю для синтезу органіки використовується не тільки CO2, а також окис вуглецю (CO), мурашина кислота (HCOOH), метанол (CH3OH), оцтова кислота (ch 3 cooh), карбонати.

Хемосинтетики отримують енергію при окисленні сірки, сірководню, водню, заліза, марганцю, аміаку, нітриту та ін Як видно, використовуються неорганічні речовини.

Залежно від субстрату, субстрату для отримання енергії хемосинтетиков ділять на групи: залізобактерії, сіробактерії, метанообразующие археи, нитрифицирующие бактерії та ін.

У аеробних хемосинтезуючих організмів акцептором електронів і водню служить кисень, тобто він виступає в ролі окислювача.

Хемотрофы відіграють важливу роль у кругообігу речовин, особливо азоту, підтримують родючість ґрунтів.

Залізобактерії

Представники залізобактерій: нитчасті і железоокисляющие лептотриксы, сферотиллюсы, галлионеллы, металлогениумы.

Поширені в прісних і морських водоймах. Утворюють відкладення залізних руд.

Окислюють двовалентне залізо до тривалентного:

4FeCO3 + O2 + 6H2O → Fe(OH)3 + 4CO2 + E (енергія)

Крім енергії в цій реакції виходить вуглекислий газ, який зв’язується в органічні речовини.

Крім бактерій, що окислюють залізо, існують бактерії окислюють марганець.

Дивіться також:  Рибосоми - біологія

Сіробактерії

Сіробактерії також називаються тиобактериями. Це досить різноманітна група мікроорганізмів. Є представники отримують енергію від сонця (фототрофы), так і шляхом окислення сполук з відновленої сірої – пурпурні і зелені сіробактерії, деякі цианеи.

2S + 3O2 + 2H2O → 2H2SO4 + E

В анаеробних умовах в якості акцептора водню використовують нітрат.

Безбарвні сіробактерії (беггиаты, тиотриксы, ахроматиумы, макромонасы, акваспириллюмы) мешкають в містять сірководень водоймах. Вони 100%-ві хемосинтетики. Окислюють сірководень:

2H2S + O2 → 2H2O + 2S + E

Утворюється в результаті реакції сірка накопичується в бактеріях або виділяється в навколишнє середовище у вигляді пластівців. Якщо сірководню недостатньо, що ця сірка може окислюватися (до сірчаної кислоти, див. реакцію вище).

Замість сірководню можуть окислюватися сульфіди і ін

Нитрифицирующие бактерії

Типові представники: азотобактер, нитрозомонас, нитрозоспира.

Нитрифицирующие бактерії живуть у грунті і водоймах. Енергію отримують за рахунок окислення аміаку і азотної кислоти, тому відіграють важливу роль у кругообігу азоту.

Аміак утворюється при гнитті білків. Окислення бактеріями аміаку призводить до утворення азотної кислоти:

2NH3 + 3O2 → HNO2 + 2H2O + E

Інша група бактерій окисляє азотисту кислоту до азотної:

2HNO2 + O2 → 2HNO3 + E

Дві реакції не рівноцінні по виділенню енернгіі. Якщо при окисленні аміаку виділяється понад 600 кДж, то при окисленні азотистої кислоти – тільки близько 150 кДж.

Азотна кислота у ґрунті утворює солі — нітрати, які забезпечують родючість ґрунту.

Водневі бактерії

В основному поширені в грунті. Окислюють водень, що утворюється при анаеробному розкладанні органіки мікроорганізмами.

2H2 + O2 → 2H2O + E

Ця реакція каталізується ферментом гидрогеназой.

Метанобразующие археи і бактерії

Типові представники: метанобактерии, метаносарцины, метанококки.

Археи строгі анаероби, що живуть в безкисневому середовищі.

Хемосинтез йде без участі кисню. Найчастіше відновлюють вуглекислий газ до метану воднем:

CO2 + 4 H 2 → CH4 + 2H2O + E