Хемосинтез

Хемосинтез— тип питания бактерий, основанный на усвоении СO2 за счет окисления неорганических соединений. Хемосинтез был открыт в 1888 году русским биологом С.Н.Виноградским, доказавшим способность некоторых бактерий образовывать углеводы, используя химическую энергию. Существует несколько групп хемосинтезирующих бактерий, из которых наибольшее значение имеют нитрифицирующие, серобактерии и железобактерии (+тионовые и водородные). Например, нитрифицирующие бактерии получают энергию для синтеза органических веществ, окисляя аммиак до азотистой, а затем до азотной кислоты, серобактерии — окисляя сероводород до сульфатов, водородные бактерии - окисляя водород до воды, а железобактерии — окисляют двухвалентное железо до трёхвалентного. Освобожденная энергия аккумулируется в клетках хемобактерий в форме АТФ, только потом тратится на синтез органических соединений. Процесс хемосинтеза, при котором из СO2 образуется органическое вещество, протекает аналогично темновой фазе фотосинтеза. Благодаря жизнедеятельности бактерий-хемосинтетиков в природе накапливаются большие запасы селитры и болотной руды.

Реакции хемосинтеза:

1. нитрифицирующие бактерии

2NH3 + 302 ? 2HN02 + 2H20 + Q

2HN02+02 ? 2HN03 + Q

2. серобактерии

2H2S + O2

S+ 302 + 2H20 ? 2H2S04 + Q

3. водородные 2Н2 + 02 ? 2Н20 + Q

способны окислять молекулярный водород, являются умеренными термофилами (растут при температуре 50 °C)

4. железобактерии 4Fe(HCO3)2 + 6H2O + O2 ? 4Fe(OH)3 + 4H2CO3 +4CO2 + Q

При этой реакции энергии выделяется немного, поэтому железобактерии окисляют большое количество закисного железа

Тионовые бактерии (Thiobacillus (англ.)русск., Acidithiobacillus (англ.)русск.) способны окислять тиосульфаты, сульфиты, сульфиды и молекулярную серу до серной кислоты (часто с существенным понижением pH раствора), процесс окисления отличается от такового у серобактерий (в частности тем, что тионовые бактерии не откладывают внутриклеточной серы). Некоторые представители тионовых бактерий являются экстремальными ацидофилами (способны выживать и размножаться при понижении pH раствора вплоть до 2), способны выдерживать высокие концентрации тяжёлых металлов и окислять металлическое и двухвалентное железо (Acidithiobacillus ferrooxidans) и выщелачивать тяжёлые металлы из руд.

Литотрофные микроорганизмы

Используют в качестве источника энергии неорганические вещества. К литотрофным МО относят: водородные, окисляющие водород с образованием воды (большинство видов представлено грамотрицательными родам Pseudomonas, Alcaligenes, Aquaspirillum, Paracoccus и Xantobacter, некоторые виды - грамположительными родам Nocardia, Mycobacterium и Bacillus); нитрифицирующие, окисляющие аммиак до азотной кислоты (Nitrosomonas, Nitrosolobus, Nitrosococcus, Nitrosospira и Nitrobacter); тионовые, окисляющие сероводород до элементарной серы, откладывающейся внутри клеток, или элементарную серу до серной кислоты (Thiobacillus thiooxidans), или сернокислое закисное железо до окисного в кислой среде (Thiobacillus ferrooxidans); железобактерии, окисляющие закисное железо до окисного (Gallionella и Leptothrix) в нейтральных средах; метанобразующие, стимулирующие природный синтез метана из углекислоты и водорода в анаэробных условиях (Methanobacterium, Methanococcus, Methanosarcina и Methanospirillum); сульфатредуцирующие, жизнедеятельность которых происходит за счет процесса восстановления сульфатов до сероводорода (Desulfovibrio, Desulfotomaculum, Desulfobacter, Desulfococcus, Desulfosarcina, Desulfonema); нитратвосстанавливающие, вызывающие в почве процесс денитрификации - восстановления окисленных форм азота по схеме: нитрат-нитрит-азот-аммиак (Thiobacillus denitrificans). Различают фото- и хемолитотрофные МО. Литотрофные бактерии вносят значительный вклад в превращения веществ в экологической системе и принимают прямое участие в образовании полезных ископаемых (самородная сера, селитра, пирит, природный газ). Они участвуют в разрушении металлоконструкций, стимулируя процессы перехода и разрушения полимерных и неорганических материалов, образуя агрессивные среды. Окисление литотрофных микроорганизмов сульфидов металлов с образованием серной кислоты и растворенных металлов нашло применение для выщелачивания бедных металлических руд.

Органотрофы (некоторые выдержки о них) — организмы, для которых донорами электронов являются органические вещества.

  Разнообразие микроорганизмов вблизи корня определяется разнообразием поступающих веществ, разнообразием трофических взаимодействий микроорганизмов между собой (гидролитики и диссипотрофы, бактериолитическая петля) и влиянием специфических веществ растений. Здесь можно ожидать очень широкий круг органотрофных аэробных организмов, пищевые потребности которых ориентированы на экссудаты. Как правило, эта область развития микроорганизмов характеризуется избытком органического углерода и лимитирующим содержанием азота и фосфора. (Заварзин)

 Еще одна интересная особенность — четкое разделение между организмами, имеющими восстановительный пентозофосфатный цикл и не имеющими такового. Принято считать, что литотрофы имеют этот цикл, а органотрофы, в том числе органотрофные дышащие организмы, как правило, его не имеют. Частичное исключение— фотоорганотрофы, у которых при использовании неорганических восстановителей цикл Кальвина работает 10 . 

ЖЕЛЕЗОБАКТЕРИИ, микроорганизмы, способные отлагать окисное железо на поверхности клетки. Процесс отложения не обязательно связан с окислением Fe(II) (иногда это разрушение органич. комплекса); окисление железа — источник энергии только для некоторых бактерий, растущих в очень кислой среде. Ж.— органотрофные организмы разного таксономии, положения. Нитчатые Ж. Leptothrix, Sphaerotilus вместе с Gallionella участвуют в образовании болотных руд, засоряют водотоки, нарушают водоснабжение. Развиваются обычно на границе окисленной и восстановленной зон в водоемах и затопленных почвах. Отложение железа этими Ж. рассматривается как побочный процесс разложения перекиси, образуемой при органотрофном обмене.

Итого 4 группы:

Фотолитотрофные ор-мы используют Е солнца и неорганический донор электрона. Сюда относятся, зеленые растенпия, цианобактерии + некоторые бактерии.

Фотоорганотрофы ор-мы используют Е солнца и органический донор электрона. Некоторые серобактерии, некоторые несерные бактерии. Особенно Athiorhodacea

Хемолитотрофные ор-мы используют ОВ реакция + неорганич. донор . тут только бактерии.

Хемолитотрофные ор-мы используют ОВ реакция + органич. Донор. Сюда относятся гетеротрофы (животные + некоторые бактерии)

http://humbio.ru/humbio/tarantul_sl/abc.htm