У истоков фотосинтеза: особенности фотосинтезирующих бактерий. Хемо и фотосинтезирующие бактерии зеленые растения это
что это такое, какие являются первыми
Фотосинтезирующие бактерии (другое название – фототрофные) – разновидность микроорганизмов-автотрофов, способных самостоятельно производить из неорганических веществ органические. Присутствующие в их клетках пигменты поглощают энергию Солнца и используют ее для фотосинтеза. Такая способность сближает фотосинтезирующие бактерии, водоросли и высшие растения. Альтернативой при отсутствии света является хемосинтез (от латинского хемо – химический) – получение энергии от окисления химических соединений.
В настоящее время описано более 50 видов фотосинтезирующих микроорганизмов. Их способность к фотосинтезу была доказана американским ученым голландского происхождения Корнелисом Бернардусом ван Нилем в 1931 году. Он же обнаружил одну особенность фотосинтеза у серобактерий – то, что донором атомов водорода у них являются соединения серы, в частности, сероводород. Им было предложено уравнение фотосинтеза, объединявшее высшие растения и фотосинтезирующие бактерии.
Автотрофные бактерии часто являются жителями водоемов. В природной среде редко встречаются одиночные клетки – чаще они образуют объединения в виде цепочек, звезд, ячеек или пластинок, окруженные защитной слизью. Длина клеток колеблется от 1-2 до 50 мкм. Они имеют различную геометрию – известны кокки, палочки, извитые; могут быть подвижными и неподвижными, иметь выросты, ворсинки или жгутики. Такое строение позволяет им демонстрировать различные виды ориентированного движения – фото-, хемо- и аэро таксис (движение в направлении источника света, повышения или понижения концентрации в воде химических веществ или воздуха). Самыми крупными являются пурпурные серобактерии (Purple bacteria). Размножаются они простым (бинарным) делением или почкованием, не окрашиваются по Граму (грамотрицательны).
Строение автотрофных бактерий имеет ряд особенностей, большинство из которых связано с их способностью к хемо- и фотосинтезу. В частности, мембраны фотосинтезирующих форм образуют в клетках структуры, называемые тилакоидами, на поверхности которых собран фотосинтезирующий аппарат. Строение автотрофных бактерий дало повод биологам считать, что высшие растения наличием хлоропластов обязаны бактериям-симбионтам.
Не только кислород
Интересной особенностью бактериального фотосинтеза считается то, что не всегда в его результате образуется кислород. Мало того, многие фотосинтезирующие бактерии – анаэробы и не могут жить в присутствии кислорода, предпочитая окислять сероводород, тиосульфаты, молекулярный водород, серу, которая дальше может превращаться в сульфаты.
Бактериальный фотосинтез не всегда протекает с потреблением углекислого газа. Вместо него фотосинтезирующие микроорганизмы могут использовать другие вещества – соединения серы, например.
Существуют фотоавтотрофные и фотогетеротрофные бактерии. Первые способны жить без органических веществ, синтезируя для себя все необходимое самостоятельно, вторые – не имеют такой способности и нуждаются в органике для полноценного роста.
К фотосинтезирующим бактериям относят оксигенные и аноксигенные микроорганизмы.
Оксигенные
В результате фотосинтеза выделяют кислород. К их числу относят цианобактерии (в том числе азотфиксирующие), которые содержат в своих клетках хлорофилл А, как и фотосинтезирующие растения. Ассимиляция углекислого газа у фотосинтезирующих цианобактерий, которые также называют синезелеными водорослями, происходит с использованием водорода молекул воды.
Аноксигенные
Эти фотосинтезирующие микроорганизмы проводят фотосинтез, не выделяя при этом кислород. В них содержатся бактериохлорофиллы, отличающиеся от тех, которые используют для фотосинтеза растения. В эту группу входят две разновидности микроорганизмов:
- Пурпурные несерные бактерии, для которых донором водорода выступают органические соединения. Среди них встречаются виды, способные жить на средах, в которых нет органики. Однако основное их число считается облигатными гетеротрофами, то есть нуждаются в органических веществах для своего существования.
- Пурпурные и зеленые серобактерии, использующие в качестве поставщика водорода не воду, а сероводород. Последние образуют цветные слои воды и налеты на камнях пресных и соленых водоемов и накапливают в своих клетках серу.
- Зеленые серобактерии и цианобактерии являются облигатными фототрофами и не могут существовать без света. Пурпурные несерные бактерии относятся к числу факультативных фототрофов и способны длительное время существовать без света или при низкой освещенности. Промежуточное положение занимают пурпурные серные бактерии.
- Недавно были обнаружены нитчатые зеленые несерные бактерии, неспособные откладывать серу внутри клеток. Они представляют собой однородную группу видов, отличающихся способом питания (гетероавтотрофный), и способных жить на органических субстратах, которые содержат сероводород и молекулярный водород. Среди них много грамположительных и грамвариабельных видов, окраска которых зависит от условий их существования.
Фотосинтез и азотфиксация
Азотфиксация – процесс, который смогли освоить только прокариоты, организмы, не имеющие оформленных и окруженных мембраной ядер. Происходит он при помощи специального фермента, названого нитрогеназой. Азотфиксация является разновидностью хемосинтеза. Интересно, что азотфиксирующие хемосинтетические бактерии — облигатные анаэробы, могут одновременно иметь способность к фотосинтезу и наоборот, то есть являются хемо- и фотосинтетиками.
Многие азотфиксирующие бактерии способны к фотосинтезу. В первую очередь это цианобактерии. Строение клеток этих микроорганизмов позволяет им разделять во времени две фазы – днем они фотосинтезируют с образованием кислорода, а ночью занимаются азотфиксацией. Изучение жизненного цикла цианобактерии анабены (анабэны) продемонстрировало и другой механизм, позволяющий совмещать хемо- и фотосинтез в колонии бактерий. При снижении количества углекислого газа в окружающей среде, некоторые клетки прекращают фотосинтез и превращаются в гетероцисты, внутри которых начинается азотфиксация. Интересно, что при этом соседние клетки, имеющие различный метаболизм, способны обмениваться между собой его продуктами, обеспечивая существование всей колонии.
Пигменты
Цвет фотосинтезирующих бактериальных колоний зависит от того, какие пигменты содержатся в их клетках. Различают три вида фотосинтетических пигментов – зеленые хлорофиллы, оранжевые каротиноиды и коричневые фикобилины, входящие в состав так называемых пигментных антенн, строение которых видоспецифично, а также зависит от интенсивности света.
Бактерии, осуществляющие аноксигенный фотосинтез, имеют пигментные центры только одного типа, цианобактерии и другие оксигенные микроорганизмы – два центра, соединенные последовательно. Реакционным центром светособирающих пигментных антенн являются хлорофилл А или бактериохлорофиллы A, B и G. Цианобактерии, как и высшие растения, используют первые пигменты.
Характерной особенностью фикобилинов является то, что они соединяются в комплексы со специфичными белками, пронизывающими мембраны.
Автотрофы без хлорофилла
Такие необычные автотрофы были обнаружены среди архебактерий Мертвого моря. В их клетках отсутствуют зеленые хлорофиллы – вместо них так называемые галобактерии содержат бактериородопсин, расположенный на поверхности клеточных мембран. Его строение весьма интересно – это комплекс пигмента ретиналя и специального белка.
Фотосинтезирующие галобактерии являются гетеротрофами, живущими в среде с высоким содержанием солей. Их колонии имеют оранжево-желтый цвет из-за содержания в клетках большого количества каротиноидов. Фотосинтез у данных организмов начинается только в условиях низкой концентрации кислорода. Они не могут существовать в слабосоленых условиях и демонстрируют положительный хемотаксис (движение) в сторону мест с высоким содержанием солей.
probakterii.ru
Что такое хемосинтез? В чем его сходство с фотосинтезом?
В нашей статье мы рассмотрим, у каких организмов происходит хемосинтез. Это один из способов питания живых организмов, который встречается в природе у некоторых бактерий.
Способы питания организмов
Чтобы разобраться, что такое хемосинтез, необходимо сначала вспомнить, какие способы питания используют различные организмы. По данному признаку различают две группы существ: гетеро- и автотрофы. Первые способны питаться только готовыми органическими веществами. Белки, жиры и углеводы они поглощают и преобразуют с помощью специализированных вакуолей или органов пищеварительной системы. Гетеротрофами являются животные, грибы, некоторые бактерии.
Виды автотрофов
Автотрофные организмы сами синтезируют органические вещества, которые в дальнейшем используют для осуществления различных процессов жизнедеятельности. В зависимости от источника энергии, который при этом используется, различают еще две группы организмов. Это фото- и хемотрофы. Представителями первой из них являются растения. Они синтезируют углевод в глюкозу в ходе фотосинтеза. Этот процесс происходит только в зеленых пластидах хлоропластах при наличии солнечного света, воды и углекислого газа. Хемотрофами являются некоторые бактерии. Для синтеза органики им необходимы различные химические соединения, которые они окисляют. Сходства фотосинтеза и хемосинтеза заключаются в способности организмов самостоятельно образовывать необходимые им вещества, получая из окружающей среды углерод, воду и минеральные соли.
Хемосинтез: определение понятия и история открытия
Давайте разберемся подробнее. Что такое хемосинтез? Это один из способов автотрофного питания, при котором происходит процесс окисления минеральных соединений для синтеза органических. Теперь выясним, у каких организмов происходит хемосинтез. Такой уникальной способностью в природе обладают только некоторые виды прокариот. Этот процесс был открыт в конце 19 века русским микробиологом Сергеем Николаевичем Виноградским. Работая в страсбургской лаборатории Антона де Бари, он осуществил опыт по получению энергии за счет окисления серы. Организмы, которые способны осуществлять этот химический процесс, он назвал аноргоксидантами. В ходе своих исследований ученому удалось открыть и азотфиксирующие бактерии. До открытия процесса хемосинтеза к автотрофным организмам относили только фотосинтезирующие растения и сине-зеленые водоросли.
Отличия и сходства фотосинтеза и хемосинтеза
Оба вида автотрофного питания представляют собой пластический обмен, или ассимиляцию. Это значит, что в ходе этих процессов происходит образование органических веществ и газообмен. При этом исходными реагентами являются минеральные соединения. Фото- и хемосинтез являются путями осуществления круговорота веществ в биосфере. Все виды автотрофов обеспечивают необходимыми для жизнедеятельности условиями не только себя, но и другие организмы. К примеру, в ходе фотосинтеза выделяется кислород. Он необходим всему живому для дыхания. А хемотрофные нитрифицирующие бактерии преобразуют атмосферный азот в состояние, в котором он может усваиваться растениями.
Но между данными типами питания есть и ряд отличий. Хемосинтез происходит в бактериальных клетках, которые не содержат зеленого пигмента хлорофилла. Причем для окисления они используют соединения только некоторых веществ: серы, азота, водорода или железа. Особенно важен этот способ питания в тех местах, где солнечный свет недоступен. Так, на большой глубине могут обитать только хемотрофы. Для процесса фотосинтеза обязательным условием является солнечная энергия. Причем у растений данный процесс происходит только в специализированных клетках, содержащих зеленый пигмент хлорофилл. Еще одним обязательным условием фототрофного питания является наличие углекислого газа.
Железобактерии
Что такое хемосинтез, можно рассмотреть на примере бактерий, которые преобразуют соединения железа. Их открытие также принадлежит С. Н. Виноградскому. В природе они широко распространены в пресных и соленых водоемах. Суть их хемосинтеза заключается в изменении валентности железа с двух до трех. При этом выделяется небольшое количество энергии. Поэтому железобактериям приходится осуществлять этот процесс очень интенсивно.
Поскольку бактерии являются одними из самых древних организмов, в результате их жизнедеятельности на планете образовались крупные залежи железных и марганцевых руд. В промышленности данные прокариоты используют для получения чистой меди.
Серобактерии
Данные прокариоты восстанавливают соединения серы. На исследовании именно этих организмов был открыт процесс хемосинтеза. Для окисления этот вид бактерий использует сероводород, сульфиды, сульфаты, политионаты и другие вещества. А некоторые прокариоты этой группы в ходе хемосинтеза накапливают элементарную серу. Это может происходить как в клетках, так и вне их. Эта способность используется в решении проблемы дополнительной аэрации и закисления почв.
Природной средой обитания серобактерий являются пресные и соленые водоемы. Известны случаи образования симбиозов этих организмов с трубчатыми червями и моллюсками, которые обитают в иле и придонной зоне.
Азотфиксирующие бактерии
Важное значение хемосинтеза в природе во многом определяется и деятельностью азотфиксирующих прокариот. Большинство из них обитают на корнях бобовых и злаковых растений. Их сожительство является взаимовыгодным. Растения обеспечивают прокариоты углеводами, которые были синтезированы в ходе фотосинтеза. А бактерии продуцируют азот, необходимый для полноценного развития корневой системы.
До открытия ценных свойств этого вида считалось, что уникальной способностью обладают листья бобовых. Позже выяснилось, что растения непосредственно не участвуют в процессе азотфиксации, а процесс осуществляют бактерии, обитающие в их корнях.
Этот вид прокариот осуществляет два вида химических реакций. В результате первой происходит превращение аммиака в нитраты. Растворы этих веществ поступают в растение с помощью корневой системы. Такие бактерии называются нитрифицирующими. Другая группа подобных прокариот превращает нитраты в газообразный азот. Они называются денитрификаторами. В результате их совокупной деятельности происходит непрерывный круговорот этого химического элемента в природе.
Азотфиксирующие бактерии проникают в корни растений в местах повреждения покровных тканей или через волоски зоны всасывания. Оказавшись внутри, прокариотические клетки начинают активно делиться, вследствие чего образуются многочисленные выпячивания. Они видны невооруженным глазом. Человек использует свойство азотфиксирующих бактерий для обеспечения почвы естественными нитратами, что приводит к повышению урожайности.
Природа и хемосинтез
Роль хемосинтеза в природе сложно переоценить. Процесс окисления неорганических соединений в природе является важной составляющей общего круговорота веществ в биосфере. Относительная независимость хемотрофов от энергии солнечного света делает их единственными обитателями глубоководных впадин и рифтовых зон океана.
Аммиак и сероводород, которые перерабатываются данными прокариотами, являются ядовитыми веществами. В этом случае значение хемосинтеза заключается в нейтрализации данных соединений. В науке известен такой термин, как "подземная биосфера". Ее формируют исключительно организмы, которым для жизни не нужны ни свет, ни кислород. Этим уникальным свойством обладают анаэробные бактерии.
Итак, в статье мы разобрались, что такое хемосинтез. Суть этого процесса заключается в окислении неорганических соединений. Хемосинтезирующими организмами являются некоторые виды прокариот: серо-, железобактерии и азотфиксирующие.
fb.ru
Фотосинтез и хемосинтез | Дистанционные уроки
27-Фев-2014 | Один Комментарий | Лолита Окольнова
Фотосинтез — процесс образования органических веществ из углекислого газа и воды на свету при участии фотосинтетических пигментов.
Хемосинтез — способ автотрофного питания, при котором источником энергии для синтеза органических веществ из CO2 служат реакции окисления неорганических соединений
Обычно все организмы, способные из неорганических веществ синтезировать органические, т.е. организмы, способные к фотосинтезу и хемосинтезу, относят к автотрофам.
К автотрофам традиционно относят растения и некоторые микроорганизмы.
Кратко мы говорили о фотосинтезе, когда рассматривали строение растительной клетки, давайте разберем весь процесс поподробнее...
Суть фотосинтеза
это полное, суммарное уравнение фотосинтеза
| Вступают в процесс | Результат фотосинтеза |
| Энергия солнечного света | АТФ (химическая энергия) |
| вещества, бедные энергией — CO2, h3O (N, S, P — содержащие соединения) | глюкоза (вещество, богатое энергией) и O2 |
Основное вещество, участвующее в многоступенчатом процессе фотосинтеза — хлорофилл. Именно оно трансформирует солнечную энергию в химическую.
На рисунке указано схематическое изображение молекулы хлорофилла, кстати, молекула очень похожа на молекулу гемоглобина…
Хлорофилл встроены в граны хлоропластов:
Световая фаза фотосинтеза:
(осуществляется на мембранах тилакойдов)
- Свет, попав на молекулу хлорофилла, поглощается им и приводит его в возбужденное состояние — электрон, входящий в состав молекулы, поглотив энергию света, переходит на более высокий энергетический уровень и участвует в процессах синтеза;
- Под действием света так же происходит расщепление (фотолиз) воды:протоны ( с помощью электронов) превращаются в атомы водорода и расходуются на синтез углеводов;
- синтезируется АТФ (энергия)
Темновая фаза фотосинтеза
(протекает в стромах хлоропластов)
собственно синтез глюкозы
Обратите внимание: темновой эта фаза называется не потому что идет ночью — синтез глюкозы происходит, в общем-то, круглосуточно, но для темновой фазы уже не нужна световая энергия.
“Фотосинтез — это процесс, от которого в конечной инстанции зависят все проявления жизни на нашей планете”.
К.А.Тимирязев.
В результате фотосинтеза на Земле образуется около 150 млрд т органического вещества и выделяется около 200 млрд т свободного кислорода в год. Кроме того, растения вовлекают в круговорот миллиарды тонн азота, фосфора, серы, кальция, магния, калия и других элементов. Хотя зеленый лист использует лишь 1-2% падающего на него света, создаваемые растением органические вещества и кислород в целом обеспечивают существование всего живого на Земле.
Хемосинтез
Хемосинтез осуществляется за счет энергии, выделяющейся при химических реакциях окисления различных неорганических соединений: водорода, сероводорода, аммиака, оксида железа (II) и др.
Соответственно веществам, включенным в метаболизм бактерий, существуют:
- серобактерии — микроорганизмы водоемов, содержащих h3S — источники с очень характерным запахом,
- железобактерии,
- нитрифицирующие бактерии — окисляют аммиак и азотистую кислоту,
- азотфиксирующие бактерии — обогащают почвы, чрезвычайно повышают урожайность,
- водородокисляющие бактерии
Но суть остается та же — это тоже автотрофное питание , так же запасается энергия и это запас в виде молекул АТФ.
Этот тип синтеза используется ТОЛЬКО бактериями.
Хемосинтетики — единственные организмы на земле, не зависящие от энергии солнечного света.
Поэтому бактерии, «практикующие» хемосинтез, могут жить на любой глубине океанов.
По современным оценкам, биомасса «подземной биосферы», которая находится, в частности, под морским дном и включает хемосинтезирующих анаэробных архебактерий, может превышать биомассу остальной биосферы
Изучением фотосинтеза и хемосинтеза занимался С. Н. Виноградский — ученый, который рассматривал влияние микроорганизмов на биосферу (он ввел понятие «экология микроорганизмов»).
Как видите, фотосинтез и хемосинтез — две формы пластического обмена, при котором из неорганических веществ образуются органические вещества.
- в ЕГЭ это вопрос А3 — обмен веществ и фотосинтез
- А10 — физиология растений
Еще на эту тему:
Обсуждение: "Фотосинтез и хемосинтез"
(Правила комментирования)distant-lessons.ru
Хемосинтез | Биология
Хемосинтез — древнейший тип автотрофного питания, который в процессе эволюции мог появиться раньше фотосинтеза. В отличие от фотосинтеза при хемосинтезе первичным источником энергии является не солнечный свет, а химические реакции окисления веществ, обычно неорганических.
Хемосинтез наблюдается только у ряда прокариот. Многие хемосинтетики обитают в недоступных для других организмов местах: на огромных глубинах, в бескислородных условиях.
Хемосинтез в каком-то смысле уникальное явление. Хемосинтезирующие организмы не зависят от энергии солнечного света ни напрямую как растения, ни косвенно как животные. Исключением являются бактерии, окисляющие аммиак, т. к. последний выделяется в результате гниения органики.
Сходство хемосинтеза с фотосинтезом:
-
автотрофное питание,
-
энергия запасается в АТФ и потом используется для синтеза органических веществ.
Отличия хемосинтеза:
-
источник энергии – различные окислительно-восстановительные химические реакции,
-
характерен только для ряда бактерий и архей;
-
клетки не содержат хлорофилла;
-
в качестве источника углерода для синтеза органики используется не только CO2, но также окись углерода (CO), муравьиная кислота (HCOOH), метанол (Ch4OH), уксусная кислота (Ch4COOH), карбонаты.
Хемосинтетики получают энергию при окислении серы, сероводорода, водорода, железа, марганца, аммиака, нитрита и др. Как видно, используются неорганические вещества.
В зависимости от окисляемого субстрата для получения энергии хемосинтетиков делят на группы: железобактерии, серобактерии, метанообразующие археи, нитрифицирующие бактерии и др.
У аэробных хемосинтезирующих организмов акцептором электронов и водорода служит кислород, т. е. он выступает в роли окислителя.
Хемотрофы играют важную роль в круговороте веществ, особенно азота, поддерживают плодородие почв.
Железобактерии
Представители железобактерий: нитчатые и железоокисляющие лептотриксы, сферотиллюсы, галлионеллы, металлогениумы.
Распространены в пресных и морских водоемах. Образуют отложения железных руд.
Окисляют двухвалентное железо до трехвалентного:
4FeCO3 + O2 + 6h3O → Fe(OH)3 + 4CO2 + E (энергия)
Кроме энергии в этой реакции получается углекислый газ, который связывается в органические вещества.
Кроме бактерий окисляющих железо, существуют бактерии окисляющие марганец.
Серобактерии
Серобактерии также называются тиобактериями. Это достаточно разнообразная группа микроорганизмов. Есть представители получающие энергию как от солнца (фототрофы), так и путем окисления соединений с восстановленной серой – пурпурные и зеленые серобактерии, некоторые цианеи.
2S + 3O2 + 2h3O → 2h3SO4 + E
В анаэробных условиях в качестве акцептора водорода используют нитрат.
Бесцветные серобактерии (беггиаты, тиотриксы, ахроматиумы, макромонасы, акваспириллюмы) обитают в содержащих сероводород водоемах. Они 100%-ые хемосинтетики. Окисляют сероводород:
2h3S + O2 → 2h3O + 2S + E
Образующаяся в результате реакции сера накапливается в бактериях или выделяется в окружающую среду в виде хлопьев. Если сероводорода недостаточно, что эта сера может также окисляться (до серной кислоты, см. реакцию выше).
Вместо сероводорода могут также окисляться сульфиды и др.
Нитрифицирующие бактерии
Типичные представители: азотобактер, нитрозомонас, нитрозоспира.
Нитрифицирующие бактерии обитают в почве и водоемах. Энергию получают за счет окисления аммиака и азотистой кислоты, поэтому играют важную роль в круговороте азота.
Аммиак образуется при гниении белков. Окисление бактериями аммиака приводит к образованию азотистой кислоты:
2Nh4 + 3O2 → HNO2 + 2h3O + E
Другая группа бактерий окисляет азотистую кислоту до азотной:
2HNO2 + O2 → 2HNO3 + E
Две реакции не равноценны по выделению энернгии. Если при окислении аммиака выделяется более 600 кДж, то при окислении азотистой кислоты – только около 150 кДж.
Азотная кислота в почве образует соли — нитраты, которые обеспечивают плодородие почвы.
Водородные бактерии
В основном распространены в почве. Окисляют водород, образующийся при анаэробном разложении органики микроорганизмами.
2h3 + O2 → 2h3O + E
Данная реакция катализируется ферментом гидрогеназой.
Метанобразующие археи и бактерии
Типичные представители: метанобактерии, метаносарцины, метанококки.
Археи строгие анаэробы, обитают в бескислородной среде.
Хемосинтез идет без участия кислорода. Чаще всего восстанавливают углекислый газ до метана водородом:
CO2 + 4h3 → Ch5 + 2h3O + E
biology.su
Бактериальный фотосинтез
Фотосинтез бактериальный — фотосинтез, осуществляемый бактериальными микроорганизмами.
Типично водные микроорганизмы, распространенные в пресных и соленых водоемах. Особенно часто они встречаются в местах, где есть сероводород, как в мелководье, так и на значительной глубине. В почве фототрофных бактерий мало, но при затоплении ее водой они могут расти весьма интенсивно.
Пурпурные и зеленые бактерии — наиболее древние фотосинтезирующие организмы
Всего сейчас описано около пятидесяти видов пурпурных и зеленых бактерий.
Содержат развитую систему мембран, некоторые из них выполняют функцию фотосинтезирующего аппарата (хроматофоры или тилакоидами)
В отличие от растений, фотосинтез у пурпурных и зеленых бактерий
не сопровождается выделением кислорода
Донорами водорода при ассимиляции углекислоты служит не вода, а другие вещества:
· сероводород (2C02+h3S+2h30 -> 2(Ch30)+h3S04),
· молекулярная сера
· тиосульфат
· сульфит
· молекулярный водород
· органические соединения.
Обязательными компонентами сред, кроме источников углерода и азота, естественно, являются фосфор, сера, калий и магний в виде минеральных солей. Установлено также, что эти микроорганизмы нуждаются в довольно большом количестве железа, но по сравнению с растениями проявляют значительно меньшую потребность в марганце. Рост их зависит от концентрации кальция и наличия в небольших количествах таких элементов, как Mo, Co, Zn, Си и, видимо, других.
У многих пурпурных и зеленых бактерий установлена способность фиксировать молекулярный азот.
Наличие максимумов поглощения бактериохлорофиллов в области 800—1100 нм обеспечивает возможность роста фототрофных бактерий, особенно пурпурных, при наличии только невидимых инфракрасных лучей.
Различия в спектрах поглощения отдельных представителей фототрофных бактерий, а также фототрофных бактерий и растений имеют экологическое значение, позволяя развиваться им в одних и тех же местах.
Кроме хлорофиллов, все фототрофные бактерии содержат каротиноиды, состав которых у разных видов неодинаков и достаточно разнообразен. Всего к настоящему времени у фототрофных бактерий обнаружено около шестидесяти каротиноидов,
Размножение клеток
Размножение или пролиферация (от лат. proles — потомство, ferre — нести) клеток — это процесс, который приводит к росту и обновлению клеток. Данный процесс характерен как для одноклеточных, так и многоклеточных организмов.
Соматические клетки многоклеточных организмов размножаются путем митотического деления
Митоз: способ упорядоченного деления клеток, при котором каждая из двух дочерних клеток получает хромосомы в количестве и имеющие строение как у материнской клетке. При каждом митозе образуется копия каждой хромосомы и действует точный механизм их распределения между дочерними клетками.
В митотическом делении клетки различают две стороны:
· кариокинез (разделение исходного ядра на два дочерних)
· цитокинез (разделение цитоплазмы с образованием двух дочерних клеток)
Кариокинез и цитокинез протекают синхронно
Митотический цикл - совокупность процессов, происходящих в клетке от одного деления до другого. Состоит из двух стадий:
· интерфаза (стадии покоя)
· митоз (стадии деления)
Термины «митоз» и «кариокинез» — синонимы
Интерфаза
предшествует митозу, в ней происходит синтез ДНК (длительность составляет не менее 90% клеточного цикла)
Различают три периода интерфазы;
ü пресинтетический (G1)
ü синтетический (S) -
ü постсинтетический (G2)
| 1 12-24 часа Синтез ДНК (около 5 часов) Около 4 часов Митоз (около 1,5 часов) |
Митоз
Состоит из четырех фаз:
ü профаза
ü метафаза
ü анафазы
ü телофазы
Похожие статьи:
poznayka.org
Как осуществляется фотосинтез у фотосинтезирующих бактерий
Фотосинтезирующие бактерии — зеленые серные, пурпурные серные и пурпурные несерные — обитают в пресной и морской воде, во влажной и илистой почве, в прудах и озерах со стоячей водой, в серных источниках и т. д. Для них характерны примитивные, древнейшие формы фотосинтеза.
В клетках фотосинтезирующих бактерий имеются мезосомы, образующиеся в результате впячивания цитоплазматической мембраны. На мембранах мезосом находятся фотосинтезирующие пигменты и осуществляется световая фаза фотосинтеза, а темновая фаза происходит в цитоплазме.
Пигментные системы фотосинтезирующих бактерий несколько отличаются от таковых у растений. Хлорофиллоподобные пигменты бактерий называют бактериохлорофиллами. По своей структуре эти пигменты подобны хлорофиллам a и b, отличаясь от них лишь природой боковых цепей при некоторых атомах углерода. В настоящее время известно пять типов бактериохлорофиллов — а, b, c, d, е. Кроме того, в реакционных центрах всех бактерий обнаружен бактериофитин, который отличается от бактериохлорофилла заменой центрального атома магния на два атома водорода. Основные каротиноидные пигменты также несколько отличаются от каротиноидов водорослей.
Энергия света поглощается молекулами бактериохлорофилла и каротиноидов, а затем (путем миграции электронного возбуждения) передается реакционному центру, содержащему 2 или 4 особым образом упакованные молекулы бактериохлорофилла. Разделенные заряды переносятся через мембрану молекул этих бактериохлорофиллов, запуская электронный транспорт, обусловливающий образование АТФ, НАД ∙ Н + Н+ или восстановленного ферредоксина. Почти у всех видов фотосинтезирующих бактерий найдены ферменты цикла Кальвина, значит, данные организмы способны фиксировать СO2 в реакциях этого цикла.
Зеленые бактерии используют в качестве доноров электронов сероводород, серу или в некоторых случаях тиосульфат, а пурпурные бактерии — карбоновые и дикарбоновые кислоты, спирты и др. Наиболее распространенным донором электронов у фотосинтезирующих бактерий является сероводород (h3S):
6СO2 + 12h3S → С6Н12О6 + 6Н20 + 12S.
При недостатке h3S сера, которая часто накапливается в клетке в виде капель, может утилизироваться как донор электронов. Суммарное уравнение этого процесса имеет следующий вид:
6СO2 + 4S + 16Н2O → С6Н1206 + 6Н20 + 4h3SO4.
В этой реакции используются протоны воды, однако происходит не фотоокисление (Н2O → 2Н+ + 2е— + ½O2), а лишь не требующая затраты энергии диссоциация (Н20 → 2Н+ + OH—).
Подобным образом происходит реакция, в которой донором электронов служит тиосульфат (h3S2O3):
6СO2 + 3h3S2O3 + 15h3O → C6h22O6 + 6h30 + 6h3SO4.
Углеводороды являются не единственным я даже не всегда продуктом этих форм бактериального фотосинтеза.
Соединения, образующиеся в клетках зеленых и пурпурных бактерий, могут быть в дальнейшем использованы в качестве субстратов хемосинтезирующими анаэробами, которые, в свою очередь, продуцируют соединения, играющие роль питательных веществ у фототрофных бактерий. Следовательно, в анаэробных условиях бактерии этих двух типов могут сосуществовать.
В природе также существует группа фоторофных бактерий — цианобактерий, которые осуществляют двухстадийный фотосинтез с разложением воды и выделением кислорода.
jbio.ru
Бактерии хемосинтезирующие: примеры. Роль хемосинтезирующих бактерий
Как устроены и осуществляют процессы жизнедеятельности бактерии, хемосинтезирующие различные вещества? Чтобы ответить на эти вопросы, необходимо разобраться с целым рядом биологических понятий.
Характерные черты бактерий
Сначала выясним, кто же такие бактерии. Это целое Царство живой природы. Они представляют собой одноклеточные организмы микроскопических размеров, которые лишены ядра. Но это не значит, что у бактерий вообще нет структур, отвечающих за передачу наследственной информации. Она просто имеет более примитивную организацию. Это кольцевые молекулы ДНК, которые сосредоточены в определенной части цитоплазмы, называемой нуклеоидом.
Суть автотрофного питания
Хемосинтезирующие бактерии, примеры которых будут рассмотрены в нашей статье, самостоятельно производят органические вещества. Они являются автотрофами, подобно растениям. Однако последние используют для этого энергию солнечного света. Наличие зеленых пластид хлоропластов позволяет им осуществлять процесс фотосинтеза. Его суть заключается в образовании углевода глюкозы из неорганических веществ - воды и углекислого газа. Еще одним продуктом данной химической реакции является кислород. Бактерии также являются автотрофами. Но для получения энергии им не нужен солнечный свет. Они осуществляют другой процесс - хемосинтез.
Что такое хемосинтез
Хемосинтезом называют процесс образования органических веществ за счет протекания окислительно-восстановительных реакций. Его в природе осуществляют только прокариоты. Хемосинтезирующие бактерии могут использовать для синтеза органических веществ соединения серы, азота и железа. При этом выделяется энергия, которая сначала аккумулируется в связях АТФ, после чего может использоваться клетками бактерий.
Бактерии хемосинтезирующие: среда обитания
Поскольку жизнь хемотрофов не зависит от наличия солнечного света, ареал их распространения достаточно широк. К примеру, серобактерии могут жить на больших глубинах, иногда являясь там единственными представителями живых существ. Средой обитания данных прокариот чаще всего является почва, сточные воды и субстраты, богатые определенными химическими соединениями.
Железобактерии
К хемосинтезирующим бактериям относят прокариот, изменяющих состав соединений железа. Они были открыты выдающимся русским микробиологом Сергеем Николаевичем Виноградским в 1950 году. Этот вид бактерий в ходе реакции окисления изменяет степень окисления железа, делая его трехвалентным. Они обитают в пресных, и соленых водоемах. В природе они осуществляют круговорот железа в природе, а в промышленности используются для производства чистой меди. Этот вид бактерий также относится к литоавтотрофам, способным синтезировать из улекислоты некоторые элементы своей клетки.
Серобактериии
Бактерии, хемосинтезирующие вещества из соединений серы, могут существовать отдельно на дне водоемов или образовывать симбиоз с моллюсками и морскими беспозвоночными. В качестве источника окисления они используют сероводород, сульфиды, тионовые кислоты или молекулярную серу. Этот вид бактерий был главным объектом при открытии и изучении процесса хемосинтеза. К этой группе прокариот относят и некоторых фототрофных прокариот. К примеру, таких как пурпурные или зеленые серобактерии.
Нитрифицирующие бактерии
На корнях бобовых растений поселяются нитрифицирущие бактерии. Хемосинтезирующие прокариоты этой группы окисляют аммиак до азотной кислоты. Эта реакция осуществляется в несколько этапов с образованием промежуточных веществ. В почве находятся также азотфиксирующие бактерии. Они поселяются на корнях бобовых растений. Внедряясь в ткани подземного органа, они образуют характерные утолщения. Внутри таких образований создается благоприятная среда для протекания хемосинтеза. Симбиоз растений с клубеньковыми бактериями является взаимовыгодным. Первые обеспечивают прокариот органикой, полученной в ходе фотосинтеза. Бактерии же способны фиксировать атмосферный азот и переводить его в форму, доступную для растений.
Почему данный процесс имеет такое важное значение? Ведь в атмосфере концентрация азота достаточна велика и составляет 78%. Но в таком виде растения не могут усваивать это вещество. А азот необходим растениям для развития корневой системы. В этой ситуации на помощь и приходят клубеньковые бактерии, которые превращают его в нитратную и аммонийную форму.
Тионовые бактерии
Хемосинтезирующими бактериями являются и тионовые прокариоты. Их источником энергии служат различные соединения серы. Этот вид бактерий восстанавливает их до серной кислоты. Эта реакция сопровождается значительным понижением водородного показателя среды. Тионовые бактерии входят в группу ацидофилов. К ним относятся организмы, способные выживать в условиях повышенной кислотности. Такие условия характерны для болот. Вместе с тиановыми эту группу составляют молочно- и уксуснокислые бактерии, жгутиконосцы и коловратки.
Водородные бактерии
Эти виды прокариотов являются почвенными обитателями. Они окисляют молекулярный водород до воды с выделением энергии. Такие бактерии также входят в группу термофилов. Это значит, что они способны сохранять жизнеспособность при высоких температурах, показатель которых можетдо стигать 50 градусов по шкале Цельсия. Эта способность водородных бактерий обусловлена тем, что они выделяют специальные ферменты, функционирующие даже в таких условиях.
Роль хемосинтезирующих бактерий
Хемотрофы играют главную роль в сложных процессах превращения и круговорота соответствующих химических веществ в природе. Поскольку сероводород и аммиак являются достаточно токсичными веществами, существует необходимость в их нейтрализации. Это также осуществляют хемотрофные бактерии. В ходе химических превращений образуются вещества, необходимые другим организмам, что делает возможным их нормальный рост и развитие. Крупные месторождения руд железа и марганца на дне морей и болот возникают благодаря деятельности хемотрофов. А именно - железобактерий.
Человек научился использовать уникальные свойства хемотрофов и в своей деятельности. К примеру, с помощью серобактерий очищают сточные воды от сероводорода, защищают металлические и бетонные трубы от коррозии, а почвы от закисления.
Итак, бактерии хемосинтезирующие являются особыми прокариотами, способными осуществлять соответствующие химические реакции в анаэробных условиях. Эти организмы окисляют вещества. Энергию, которая при этом выделяется, они сначала запасают в связях АТФ, а потом используют для осуществления процессов жизнедеятельности. Основными из них являются железо- , серо- и азотфиксирующие бактерии. Они обитают как в водной, так и в почвенной среде. Хемотрофы являются незаменимым звеном в круговороте веществ, обеспечивают живые организмы необходимыми веществами и широко используются человеком в его хозяйственной и промышленной деятельности.
fb.ru
