Хемосинтез

Материал из Циклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Автотрофное питание. Хемосинтез / урок 29, биология 10 класс [6:17]
70 - Эндосимбиоз, Фотосинтез и хемосинтез, Автотрофы и гетеротрофы [25:03]

Хемосинтез (Хемолитоавтотрофия) — тип питания некоторых (хемосинтезирующих) бактерий, основанный на усвоении углекислого газа CO2 за счёт окисления неорганических соединений.

Содержание

[править] Общая характеристика

Хемосинтез был открыт русским микробиологом С.Н. Виноградским в 1887 году.

При хемосинтезе источником энергии для синтеза органических веществ из CO2 служат реакции окисления неорганических соединений. Другими словами, источником энергии для синтеза аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ) при хемосинтезе служит не солнечный свет, как при фотосинтезе, а энергия, получаемая при окислительно-восстановительных реакциях.

Сначала энергия, полученная при хемосинтезе, переводится в энергию макроэнергетических связей АТФ и только затем тратится на синтез органических соединений.

[править] Типы хемосинтеза

Есть несколько типов хемосинтеза[1].

Серобактерии окисляют сероводород H2S до молекулярной серы S или до солей серной кислоты H2SO4:

2H2S + O2 → 2H2O + 2S + 272 кДж

Выделяющаяся в результате свободная сера накапливается в бактериальных клетках в виде множества крупинок. При недостатке сероводорода бесцветные серобактерии производят дальнейшее окисление находящейся в них свободной серы до серной кислоты:

2S + 3O2 + 2H2O → 2H2SO4 + 636 кДж

Железобактерии окисляют двухвалентное железо Fe до трёхвалентного и использовать освобождающуюся при этом энергию на усвоение углерода из углекислого газа или карбонатов:

4FeCO3 + O2 + 6H2O → 4Fe(OH)3 + 4CO2↑ + 324 кДж

Аналогично окисляется марганец.

Нитрифицирующие бактерии окисляют аммиак NH3, образующийся в процессе гниения органических веществ, до азотистой HNO2 и азотной кислоты HNO3, которые, взаимодействуя с почвенными минералами, образуют нитриты и нитраты.

Первый этап осуществляют бактерии Nitrosomonas:

2NH3 + 3O2 → 2HNO2 + 2H2O + 662 кДж

Второй этап окисления образовавшейся азотистой кислоты осуществляется бактериями Nitrobacter:

2HNO2 + O2 ⇔ 2HNO3 + 101 кДж

Тионовые бактерии способны окислять тиосульфаты, сульфиты, сульфиды и молекулярную серу до серной кислот. Некоторые из них, как например Thiobacillus ferrooxidans, окисляют сульфидные минералы, а также закисное железо. Конечным продуктом окисления тионовыми бактериями молекулярной серы и различных ее соединений является сульфат.

При окислении серы и тиосульфата Т. denitrificans в анаэробных условиях за счет использования нитратов реакция выглядит так:

5S + 6KNO3 + 4NaHCO3 → 2Na2SO4 + 3K2SO4 + 2CO2↑ + 3N2

5Na2SO4 + 8KNO3 + 2NaHCO2 → 2Na2SO4 + 4K2SO4 + 4N2 + CO2↑ + H2O

ΔF = -75,2×104 дж.

Водородные бактерии способны окислять молекулярный водород:

2H2 + O2 → 2H2O + 235 кДж

При этом происходит создание органического вещества (условно: CH2O):

6H2 + 2O2 + CO2 → (CH2O) + 5H2O

Карбоксидобактерии близки к водородным бактериям. Карбоксидобактерии окисляют монооксид углерода CO по реакции:

25CO + 12O2 + H2O + 24CO2↑ + (CH2O).

Метанообразующие бактерии, анаэробны, и условиях осуществят следующую реакцию, в которой углекислый газ служит не только единственным источником углерода, но и конечным акцептором электронов при окислении водорода с образованием метана CH4:

2 + CO2 → CH4↑ + 2H2O

[править] Экология хемосинтетиков

В биосфере хемосинтезирующие организмы контролируют окислительные участки круговорота важнейших элементов и представляют исключительное значение для биогеохимии.

Сообщества хемосинтезирующих организмов обитают в огромных количествах на дне морей и океанов, например серобактерии в Чёрном море.

Пещерная биосистема пещеры Мовиле (Румыния) была полностью изолирована от внешнего мира последние 5,5 миллионов лет и вместо фотосинтеза основана на хемосинтезе.

На основе хемосинтеза функционируют живые организмы пещеры Аялон.

Нитрифицирующие бактерии широко распространены в почве и в различных водоёмах. Процесс нитрификации происходит в почве в огромных масштабах и служит для растений источником нитратов. Жизнедеятельность бактерий представляет собой один из важнейших факторов плодородия почв.

По некоторым оценкам, биомасса «подземной биосферы», которая находится, в частности, под морским дном и включает хемосинтезирующих анаэробных метаноокисляющих архебактерий, может превышать биомассу остальной биосферы[2].

Хемосинтезирующие организмы играют практическую роль, например образуя метан[3].

Гипотетически, хемосинтезирующие организмы могли бы существовать на некоторых телах Солнечной системы за пределами Земли, например на Европе, спутнике Юпитера, или на Титане, спутнике Сатурна. Подтверждений этому, однако, на сегодняшний день не существует.

[править] Источники

Персональные инструменты
Пространства имён

Варианты
Действия
Навигация
Инструменты