Хемосинтез.

Многие бактерии способны синтезировать необходимые им органические вещества из неорганических за счет энергии химических реакций окисления, происходящих в клетке. Такие организмы называются хемоавтотрофами. Захватываемые бактерией вещества окисляются, а освободившаяся энергия используется на синтез органических веществ из СО₂ и Н₂О. Такой процесс называется хемосинтез.

Важнейшую группу хемосинтезирующих организмов представляют собой нитрифицирующие бактерии. Исследуя их, С.Н. Виноградский в 1887 г. открыл процесс хемосинтеза. Эти бактерии, обитая в почве, окисляют аммиак, образующийся при гниении органических остатков, до азотистой кислоты, затем бактерии других видов этой группы окисляют азотистую кислоту до азотной. Взаимодействуя с минеральными веществами почвы, азотистая и азотная кислоты образуют соли (нитраты и нитриты), которые являются важнейшими компонентами минерального питания высших растений. Таким образом, эти бактерии являются незаменимыми участниками круговорота азота в природе.

Хемосинтез также осуществляют железобактерии (Fe²⁺Fe³⁺) и бесцветные серобактерии, использующие побочный продукт фотосинтеза зеленых серобактерий (S⁰SO₄^2-).

Итак, хемотрофы, как и все автотрофные организмы, самостоятельно синтезируют необходимые органические вещества. От фототрофных зеленых растений они отличаются полной независимостью от солнечного света как источника энергии, им нужны только определенные химические вещества, которые обычно имеются в избытке, и кислород воздуха.

Фотосинтез

Фотосинтез – процесс образования органических веществ из неорганических при помощи энергии света. Фотосинтез протекает в клетках некоторых бактерий и растений. Организмы, способные к фотосинтезу – фотоавтотрофы. Для фотосинтеза нужен свет и хлорофилл.

Фотосинтез состоит из двух фаз: световой и темновой.

Процессы световой фазы протекают в хлоропластах, на мембранах тилакоидов. Квант света поглощается молекулой хлорофилла, приводит ее в возбужденное состояние и выбивает 2 электрона. Электроны подхватываются белками электрон-транспортной цепи и выносятся на наружную поверхность мембраны тилакоида (в строму). Хлорофилл восстанавливает «электронные дыры», с помощью фермента отнимая недостающие электроны от молекулы воды. Вода разлагается на протоны, молекулярный кислород и электроны. Этот процесс называется фотолиз. Кислород уходит в атмосферу (это побочный продукт фотосинтеза), а положительно заряженные протоны копятся на внутренней стороне мембраны тилакоида, пока напряжение не достигнет критической величины (150 мВ). Критическое напряжение активирует фермент АТФ-синтетазу, который пропускает через специальный канал протон на внешнюю сторону мембраны тилакоида, где он соединится с электроном и образует атомарный водород. За счет выравнивания потенциалов выделяется энергия, которая запасается в виде молекулы АТФ. Таким образом, конечными продуктами световой фазы являются: молекулярный кислород, АТФ и атомарный водород.

Процессы темновой фазы протекают в строме хлоропласта. За счет энергии АТФ, образовавшейся в световой фазе, к пятиуглеродному сахару (рибулозодифосфату) присоединяется углекислый газ (поступивший из атмосферы). Путем ряда превращений с использованием восстанавливающей силы атомарного водорода (образовавшегося в световой фазе) образуется глюкоза и восстанавливается количество рибулозодифосфата в строме. Эти процессы получили название цикл Кальвина.

Таким образом, суммарное уравнение фотосинтеза имеет вид:

6СО₂ + 6Н₂О →(свет, хлорофилл)→ С₆Н₁₂О₆ + 6О₂

Значение фотосинтеза:

1. выделение кислорода (аэробное дыхание, озоновый слой);

2. образование органических веществ (пища для гетеротрофов, использование человеком в промышленности и с/х);

3. вовлечение СО₂ в круговорот веществ (препятствие его накоплению в различных средах жизни)