Билет №11

Вопрос 1

Авто- и гетеротрофия – два типа питания организмов.

Суть автотрофии заключена в следующем уравнении:

СО ₂ + Н ₂А  (CH ₂O) + (H ₂O) + A.

Гетеротрофию условно можно описать так:

Органическое соединение  СО ₂ + Н ₂О + Х

  Автотрофия представлена процессами хемосинтеза и фотосинтеза. За счёт этих процессов на Земле ежегодно превращается в органическое вещество около 20¹⁰ т углерода.

Понятие хемосинтеза введено С.Н.Виноградским, который открыл возможность фиксации СО ₂ микроорганизмами за счёт энергии окисления неорганических субстратов. В качестве доноров водорода или электронов выступают органические соединения или ионы: аммиак, нитриты, сероводород, элементарная сера, сульфит, железо, марганец, водород.

Нитрификаторы (сем. Nitrobacteriaceae) используют энергию реакций:

2 NH ₄⁺ + 3 O ₂  2 NO ₂ ^- + 2 H ⁺ + 2 H ₂O

2 NO ₂^- + O ₂  2 NO ₃^-

Окисление серы (род Thiobacillus) проводится также в виде отдельных реакций:

2 H ₂S + O ₂  2 S + 2 H ₂O

2 S + 3 O ₂ + 2 H ₂O  2 SO ₄^-2 + 4 H ⁺

S ₂O ₃^-2 + 2 O ₂ + H ₂O  2 SO ₄^-2 + 2 H ⁺

Окисление железа (T.ferrooxidans) в кислой среде может служить источником энергии:

4 Fe ⁺² + 4 Н ⁺ + O ₂  4 Fe ⁺³ + 2 H ₂O

Окисление водорода (род Hydrogenomonas) аналогично реакции взрыва,

однако у одной группы микроорганизмов он протекает неразрывно с ассимиляцией углекислого газа:

2 H ₂ + O ₂ + СО ₂  <СH ₂O> + 2 H ₂O,

а у другой – ассимиляция водорода напрямую связана с восстановлением НАД ⁺ при участии фермента – гидрогеназы:

H ₂ + НАД ⁺  НАДН + Н ⁺.

Таким образом, хемосинтетическая автотрофия характеризуется тем, что:

1) Донором электронов является неорганическое вещество или ионы металла;

2) Акцептором электронов – кислород воздуха;

3) Реакции идут в отсутствие света.

Фотосинтез

Понятие фотосинтетической автотрофии связано с именем В.Пфеффера. Процесс характеризуется образованием органического вещества из СО ₂ и воды под действием энергии видимого света. Для зелёных растений можно записать:

СО ₂ + Н ₂О + свет  (СН ₂О) + О ₂.

При этом следует отметить, что бактериальный фотосинтез протекает в анаэробных условиях и не сопровождается выделением кислорода. Так, для пурпурных серных бактерий следует записать:

СО ₂ + 2 Н ₂S + свет  (СН ₂О) + Н ₂О + 2 S.

Сравнивая оба уравнения, мы придём к тому, которое было записано в начале лекции.

В целом фотосинтез отличается тем, что:

1) Донором электронов является вода;

2) Акцептором электронов – НАДФ ⁺;

3) Он протекает в присутствии света;

4) В процессе фотосинтеза выделяется кислород (за исключением бактериального фотосинтеза).

Таковы особенности протекания энергетических компонентов хемо- и фотосинтеза. Ассимиляция углекислого газа и его превращение в углеводы в ходе этих процессов, имеют гораздо меньше различий.

ФОТОСИНТЕЗ