Чем питаются фотосинтезирующие бактерии

Отличительные характеристики бактериального фотосинтеза: смысл и особенности процесса

Отличительные характеристики бактериального фотосинтеза

Бактерии как форма живых организмов

Представим бактериальный фотосинтез кратко.

Кольцевая молекула нуклеиновой кислоты (ДНК или РНК) представляет наследственный аппарат.

Практические все бактерии являются гетеротрофами. Они способны разлагать органические вещества до более простых соединений. Однако некоторые бактерии являются автотрофами. Отдельные их представители — это хемосинтетики, которые получают энергию за счет различных химических реакций.

Есть и бактерии со способностью к фотосинтезу. Одно из последних открытий — механизм бесхлорофильного фотосинтеза у бактерий.

Пример бесхлорофильного фотосинтеза — фотосинтез галофильных архей:

Смысл процесса фотосинтеза у бактерий

Фотосинтез представляет собой совокупность реакций синтеза органических соединений из неорганических при помощи солнечной энергии.

Результатом фотосинтеза являются углеводы, образованные из оксида углерода и воды. Также происходит образование богатых на энергетические связи молекул АТФ. Как побочный эффект реакций можно отметить выделение кислорода.

Светочувствительные (фотосинтезирующие) пигменты — специальные соединения белковой природы, благодаря которым и происходит процесс фотосинтеза.

В качестве таких пигментов выступают зеленые хлорофиллы, желтые каротиноиды, синие и красные фикобилины.

Растения содержат эти пигменты в пластидах или хлоропластах. У бактерий же нет пластид, поэтому пигменты находятся в светочувствительных органах — хроматофорах.

Фотосинтезирующие бактерии чаще всего имеют фикобилины и чуть реже — каротиноиды.

Особенности процесса фотосинтеза у бактерий

Есть бактерии со способностью поглощать энергию солнечного света — это отдельные пигментсодержащие серобактерии. С помощью этой энергии происходит расщепление находящегося в их организмах сероводорода и получение, таким образом, атомов водорода для восстановления соответствующих соединений.

Этот процесс очень схож с фотосинтезом зеленых растений. Единственное отличие заключается в том, что образование водорода у бактерий происходит в результате распада сероводорода (реже карбоновых кислот), а у растений — в результате распада воды. И там, и там водород отщепляется вследствие поглощения энергии солнечных лучей.

Бесхлорофильный тип фотосинтеза не предполагает образование в клетках восстановительных эквивалентов, которые нужны для поглощения и усвоения бактерий углекислого газа. По этой причине в случае бесхолорофильного фотосинтеза оксид углерода не поглощается из атмосферы, а свободный кислород не выделяется. Происходит только запасание энергии солнечного излучения — в виде макроэргических связей молекул АТФ.

Происходящий без участия кислорода процесс называют фоторедукцией или фотовосстановлением.

АТФ (аденозинтрифосфорная кислота) и НАДФ.Н (никотинамидадениндинуклеофосфат, окисленная форма) — это основные продукты бактериального фотосинтеза, запасающие энергию.

Представим суммарное уравнение бактериального фотосинтеза:

Нельзя сказать, что биологическое значение бактериального фотосинтеза и хемосинтеза для нашей планеты очень большое. Если говорить о значении фотосинтеза кратко, то важно обозначить, что хемосинтезирующие бактерии важны в процессе обеспечения процесса круговорота серы в природе. Сера поглощается растениями в виде солей, восстанавливается и включается в состав белковых молекул в результате процессов биосинтеза.

Когда растительные и животные организмы отмирают, их разлагают гнилостные бактерии. Как результат процессов гниения — включение серы в состав образующегося сероводорода. Происходит окисление сероводорода серобактериями до свободной серы (либо серной кислоты). Она образует в почве сульфаты, доступные для растений. Происходит повторение этого цикла.

Хемосинтез как способ накопления органической массы с помощью автотрофных организмов не имеет большое значения в масштабах планеты.

Источник

У истоков фотосинтеза: особенности фотосинтезирующих бактерий

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:

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.

Работаю врачом ветеринарной медицины. Увлекаюсь бальными танцами, спортом и йогой. В приоритет ставлю личностное развитие и освоение духовных практик. Любимые темы: ветеринария, биология, строительство, ремонт, путешествия. Табу: юриспруденция, политика, IT-технологии и компьютерные игры.

Источник

Роль бактерий-фотосинтетиков в выработке кислорода

Особенности бактериального фотосинтеза. Фототрофные бактерии

Способность фототрофных бактерий к фотосинтезу, как и у растений, определяется наличием магнийсодержащих порфириновых пигментов — хлорофиллов. Состав бактериальных хлорофиллов, называемых бактериохлорофиллами, отличается от хлорофиллов растений.

Свет в качестве первичного источника энергии могут использовать три главные группы бактерий – зеленые и пурпурные серные бактерии (Chlorobiaceae и Chromatiaceae) и. пурпурные несерные бактерии (Rhodospirillaceae).

Как правило, фотосинтезирующие бактерии имеют клеточную стенку, сходную со стенкой других грамотрицательных бактерий, однако под этой стенкой у них расположена толстая клеточная мембрана, которая может многократно изгибаться и впячиваться, образуя ламеллярные мембранные структуры или везикулы внутри клетки.

Эти структуры несут фотосинтетический аппарат, который значительно отличается от соответствующего аппарата хлоропластов растений.

В деталях биохимия фотосинтетических процессов у бактерий и растений также различна.

Препараты фотосинтетических, мембран можно получить из разрушенных клеток в виде частиц или пузырьков, называемых хроматофорами, но, как правило, интактные клетки, за исключением клеток зеленых серных бактерий (Chlorobiaceae), не содержат таких дискретных структур.

Зеленые серные бактерии (например, Chlorobium) отличаются от других: фотосинтезирующих бактерий тем, что лишены внутренних мембран; вместе с тем они обладают уплощенными сигарообразными структурами, называемыми хлоросомами, которые присоединены к плазматической мембране.

Хлоросомы служат функционально организованными светособирающими антеннами: для реакционных центров, которые локализованы в плазматической мембране. Перенос энергии в хлоросоме происходит с бактериохлорофилла с (1000-1500 молекул) через бактерио-хлорофилл а (возможно, 100 молекул в комплексе с белком) на бактерио-хлорофилл с реакционного центра.

Бактериальный фотосинтез во многом отличается от фотосинтеза у растений. Во-первых, бактерии – единственные из фотосинтезирующих организмов – не способны использовать в качестве конечного восстановителя воду.

Они используют другие восстановители, которыми могут быть органические молекулы или неорганические соединения серы, и, следовательно, бактерии не выделяют кислород.

Во-вторых, фиксация и метаболизм углерода у бактерий происходят не в цикле Кальвина – Бенсона, а иным путем.

В-третьих, аппарат первичного улавливания света и переноса электронов у них совершенно отличен от наблюдающихся в растительных клетках; в частности, у них протекает только одна световая реакция, правда, она во многом сходна с реакцией в фотосистеме I растений.

Вместе с тем механизм улавливания света у бактерий очень сходен с соответствующим механизмом у растений, хотя фотосинтетические единицы у первых меньше.

Так же как в хлоропластах, свет поглощается пигментами антенны, энергия возбуждения быстро передается на реакционный центр и используется в качестве движущей силы в транспорте электронов.

Главным фотоактивным пигментом является бактериохлорофилл (БХл), в большинстве случаев бактериохлорофилл а (10.15), а в некоторых случаях (например, у бактерии Rhodopseudomonas sphaeroides) – бактериохлорофилл b.

В тесной связи с реакционным центром находится главная светособирающая антенна, которая у Rhodospirillaceae поглощает при 875 нм. Этот комплекс включает два полипептида, а также бактериохлорофилл и каротиноиды в соотношении 1 : 1.

Соотношение БХл: реакционные центры остается постоянным и составляет около 25: 1. У некоторых видов, например у Rhodospirillum rubrum, имеется только один светособирающий комплекс, тогда как у других организмов, например, у Rhodopseudotnonas spp.

, содержится и второй подобный комплекс, поглощающий при более коротких длинах волн (800 и 850 нм). Он включает два пептида, две формы бактериохлорофилла – (две молекулы БХл-850 и одну молекулу БХл-800) и одну молекулу каротиноида.

Отношение числа этих комплексов к числу реакционных центров варьирует в зависимости от условий окружающей среды от 10 до 100 молекул БХл800-850 на один реакционный центр.

В первичной световой реакции энергия возбуждения переносится на Р-870 и один электрон передается от бактериохлорофилла “особой пары” на акцептор. Окисленный Р-870 в свою очередь получает электрон от молекулы донора. Химическая природа этого донора и первичного акцептора пока неизвестна.

В заключение следует отметить, что электронтранспортныс цепи у разных видов бактерий различаются в деталях. Наиболее подробно учёные их изучали у Rhodospirillum rubrutn, у нескольких видов Rhodopscudomonas (R. sphaeroides, R. capsulata, R.

palustris) из Rhodospiriilaceae и у некоторых видов Chromatiutn и Chlorobium из классов серных бактерий. У всех этих бактерий в цепи переноса электронов участвует несколько цитохромов, тогда как плаетоцианин, по-видимому, не используется.

Те функции, которые иластоцианин выполняет у растений, у бактерий может выполнять убихинон.

Фототрофные, или фотосинтезирующие, бактерии — 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.

Развитие фототрофных бактерий нередко легко обнаружить, не прибегая к постановке накопительных культур и микроскопическим исследованиям, так как многие из них способны образовывать ярко окрашенные пленки, а также обрастать подводные предметы.

Такие макроскопические скопления наблюдаются в серных источниках, лиманах, бухтах, озерах и прудах. Иногда в результате массового развития фототрофных бактерий меняется даже цвет всей воды в водоеме или отдельные ее слои становятся окрашенными. Последнее явление довольно часто имеет место в некоторых озерах, содержащих в придонных слоях сероводород.

Бактериальный фотосинтез

Как правило, бактерии – гетеротрофы. Они разлагают органику на более простые соединения. Но среди бактерий есть и автотрофные организмы. Часть из них – хемосинтетики, получающие энергию за счет химических реакций. Но существуют бактерии, способные к фотосинтезу. В последнее время открыт и механизм бесхлорофильного фотосинтеза у бактерий.

Суть процесса фотосинтеза

Фотосинтез – это совокупность реакций синтеза органических соединений из неорганических с использованием энергии Солнца.

В результате фотосинтеза из оксида углерода и воды образуются углеводы. Кроме того образуются и, богатые на энергетические связи, молекулы АТФ. В качестве побочного эффекта реакций происходит выделение кислорода.

Попробуй обратиться за помощью к преподавателям

Сам процесс фотосинтеза происходит благодаря наличию специальных соединений белковой природы – светочувствительных (фотосинтезирующих) пигментов. Они бывают зеленые – хлорофиллы, желтые – каротиноиды, синие и красные – фикобилины.

У растений эти пигменты содержатся в пластидах (хлоропластах). У бактерий пластиды отсутствуют. Пигменты содержатся в светочувствительных органах – хроматофорах.

У многих фотосинтезирующих бактерий преобладает наличие фикобилинов, реже – каротиноидов.

Особенности фотосинтеза у бактерий

Некоторые пигментсодержащие серобактерии способны поглощать энергию солнечного света. С ее помощью сероводород, содержащийся в их организмах расщепляется и отдает атомы водорода для восстановления соответствующих соединений.

Это явление имеет много общего с фотосинтезом зеленых растений и отличается только тем, что у бактерий водород образуется в результате распада сероводорода (изредка – карбоновых кислот), а у зеленых растений – в результате распада воды.

В обоих случаях отщепление водорода происходит в результате поглощения энергии солнечных лучей.

При бесхлорофилльном типе фотосинтеза в клетках бактерий не образуются восстановительные эквиваленты, необходимые для поглощения и усвоения бактерией углекислого газа.

Поэтому при бесхлорофилльном фотосинтезе не происходит поглощения из атмосферы оксида углерода и выделения свободного кислорода, а осуществляется исключительно запасание энергии солнечного излучения в виде макроэргических связей молекул АТФ.

Подобный процесс, происходящий без участия кислорода, называется фоторедукцией или фотовосстановлением.

Основными продуктами бактериального фотосинтеза, которые запасают энергию, являются АТФ (аденозинтрифосфорная кислота) и НАДФ∙Н (никотинамидадениндинуклеофосфат, окисленная форма).

Суммарное уравнение бактериального фотосинтеза выглядит примерно так:

Биологическое значение бактериального фотосинтеза и хемосинтеза в масштабах нашей Земли сравнительно невелико. Но стоит отметить, что хемосинтезирующие бактерии играют важную роль в обеспечении процесса круговорота серы в природе.

При отмирании растительных и животных организмов происходит их разложение гнилостными бактериями.

В результате этих процессов гниения сера входит в состав образующегося сероводорода. Этот сероводород окисляется серобактериями до свободной серы (или серной кислоты), которая образует в почве доступные для растений сульфаты. Цикл повторяется.

Участие хемосинтеза в накоплении органической массы автотрофными организмами на земном шаре незначительно.

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:

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 постсинтетический (G2)

Митоз

Состоит из четырех фаз:

Дата добавления: 2016-05-30; просмотров: 3616; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Роль анаэробных бактерий в производстве биогаза из отходов. Справка

В дальнейшем оказалось, что спорообразующие анаэробы – не какие-нибудь редко встречающиеся диковинки, а очень широко распространенные по всей поверхности Земли организмы.

Последующие исследования многих микробиологов показали, что самые различные природные среды, в том числе полностью лишенные молекулярного кислорода, населены множеством микроскопических организмов, принимающих самое активное участие в круговороте веществ на Земле.

Глубокое изучение обмена веществ анаэробов позволило использовать их в промышленности как продуцентов ряда ценных для народного хозяйства соединений.

В настоящее время промышленность и жилые массивы производят большое количество отходов, которые необходимо утилизировать и переработать. Из органических отходов можно получить биогаз. В анаэробных условиях бактерии разлагают органический субстрат, а биогаз является промежуточным продуктом их обмена веществ.

В мире в настоящее время используется или разрабатывается около 60 разновидностей технологий получения биогаза. Наиболее распространённый метод – анаэробное сбраживание в метатанках (резервуары для биологической переработки), без доступа воздуха, или анаэробных колоннах. Часть энергии, получаемой в результате утилизации биогаза, направляется на поддержание процесса.

Бактерии перерабатывают биомассу в биогаз при температуре свыше 25°С. В странах с жарким климатом нет необходимости подогревать метатанк.

Биогаз состоит из 55-75% метана и 25-45% углекислого газа, включая небольшие примеси сероводорода. Период образования качественного биогаза составляет от 7 до 15 дней.

Процесс разложения происходит в четыре этапа, в каждом из которых участие принимают разные группы бактерий.

На первом этапе аэробные бактерии перестраивают высокомолекулярные органические субстанции (белок, углеводы, жиры, целлюлозу) с помощью энзимов на низкомолекулярные соединения, такие как моносахариды, аминокислоты, жирные кислоты и воду. Этот процесс называется гидролиз.

Далее расщеплением занимаются кислотообразующие бактерии. В этом процессе частично принимают участие анаэробные бактерии, употребляющие остатки кислорода и образующие тем самым необходимые для метановых бактерий анаэробные условия.

На этом этапе вырабатываются: кислоты (уксусная, муравьиная, масляная, пропионовая, капроновая и молочная), спирты и кетоны (метанол, этанол, пропанол, бутанол, глицерин и ацетон), газы (двуокись углерода, углерод, сероводород и аммиак).

Этот этап называют этапом окисления.

После этого кислотообразующие бактерии создают из органических кислот исходные продукты для образования метана: уксусную кислоту, двуокись углерода и водород.

Получение биогаза экономически оправдано при переработке постоянного потока отходов, например на животноводческих фермах.

Россия ежегодно накапливает до 300 млн тонн в сухом эквиваленте органических отходов: 250 млн тонн в сельскохозяйственном производстве, 50 млн тонн в виде бытового мусора. Эти отходы являются сырьем для производства биогаза. Потенциальный объем ежегодно получаемого биогаза может составить 90 млрд куб. м.

Оставшийся высококачественный компост и обогащенное азотом удобрение продаётся предприятиям сельского хозяйства и частным лицам.
Данная технология считается полностью безотходным производством, где каждый компонент имеет свое применение.

Материал подготовлен на основе информации открытых источников

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 (H2S):

6СO2 + 12H2S → С6Н12О6 + 6Н20 + 12S.

При недостатке H2S 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 + 4H2SO4.

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 (H2S2O3):

6СO2 + 3H2S2O3 + 15H2O → C6H12O6 + 6H20 + 6H2SO4.

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.

Первые и современные фотосинтезирующие организмы

Некоторые организмы способны захватывать энергию солнечного света и использовать ее для производства органических соединений.

Этот процесс, известный как фотосинтез, необходим для поддержания жизни, поскольку обеспечивает энергию как для производителей, так и для потребителей.

Фотосинтезирующие организмы, также известные как фотоавтотрофы, являются организмами, способными к процессу фотосинтеза, и включают высшие растения, некоторые протисты (водоросли и эвглена), а также бактерии.

При фотосинтезе световая энергия преобразуется в химическую энергию, которая хранится в виде глюкозы (сахара).

Неорганические соединения (диоксид углерода, вода и солнечный свет) используются для производства глюкозы, кислорода и воды.

Фотосинтезирующие организмы используют углерод для получения органических молекул (углеводов, липидов и белков), которые необходимы для построения биологической массы.

Кислород, образующийся в виде побочного продукта фотосинтеза, используется многими организмами, включая растения и животных, для клеточного дыхания. Большинство организмов полагаются на фотосинтез, прямо или косвенно, для получения питательных веществ.

Гетеротрофные организмы, такие как животные, большинство бактерий и грибов, не способны к фотосинтезу или продуцированию биологических соединений из неорганических источников.

Таким образом, они должны потреблять фотосинтетические организмы и другие автотрофы для получения питательных веществ.

Первые фотосинтезирующие организмы

Мы очень мало знаем о самых ранних источниках и организмах фотосинтеза. Были многочисленные предложения относительно того, где и как возник этот процесс, но нет прямых доказательств для подтверждения любого из возможных происхождений.

Имеются внушительные доказательства того, что первые фотосинтезирующие организмы появились на Земле примерно от 3,2 до 3,5 млрд лет назад в виде строматолитов, слоистых структур, подобных формам, которые образуют некоторые современные цианобактерии.

Существует также изотопное доказательство автотрофной фиксации углерода около 3,7-3,8 миллиарда лет назад, хотя нет ничего, что указывало бы на то, что эти организмы были фотосинтезирующими. Все эти утверждения о раннем фотосинтезе весьма противоречивы и вызвали множество споров в научном сообществе.

Хотя считается, что жизнь впервые появилась на Земле около 3,5 миллиардов лет назад, вероятно, ранние организмы не метаболизировали кислород. Вместо этого они полагались на минералы, растворенные в горячей воде вокруг вулканических жерл.

Возможно, что цианобактерии начали производить кислород в качестве побочного продукта фотосинтеза. По мере роста концентрации кислорода в атмосфере, он начал отравлять многие другие формы ранней жизни.

Это привело к эволюции новых организмов, которые могли использовать кислород в процессе, известном как дыхание.

Современные фотосинтезирующие организмы

К основным организмам, которые перерабатывают энергию солнца в органические соединения относятся:

Фотосинтез в растениях

Фотосинтез растений происходит в специализированных органеллах растительных клеток, называемых хлоропластами. Хлоропласты встречаются в листьях растений и содержат пигмент хлорофилл. Этот зеленый пигмент поглощает световую энергию, необходимую для процесса фотосинтеза.

Хлоропласты содержат внутреннюю мембранную систему, состоящую из структур, называемых тилакоидами, которые служат местами преобразования энергии света в химическую энергию. Двуокись углерода превращается в углеводы в процессе, известном как фиксация углерода или цикл Кальвина. Углеводы могут хранится в виде крахмала, используемого во время дыхания или для производства целлюлозы.

Кислород, который образуется в процессе, выделяется в атмосферу через поры в листьях растений, называемые устьицами.

Растения и цикл питательных веществ

Растения играют важную роль в цикле питательных веществ, в частности, углерода и кислорода. Водные и наземные растения (цветущие растения, мхи и папоротники) помогают регулировать углерод в атмосфере, удаляя углекислый газ из воздуха. Растения также важны для производства кислорода, который выделяется в воздух как ценный побочный продукт фотосинтеза.

Водоросли и фотосинтез

Водоросли представляют собой эукариотические организмы, которые имеют характеристики как растений, так и животных. Как и животные, водоросли способны питаться органическим материалом в окружающей их среде.

Некоторые водоросли также содержат органеллы и структуры, обнаруженные в клетках животных, такие как жгутики и центриоли. Как и растения, водоросли содержат фотосинтетические органеллы, называемые хлоропластами.

Хлоропласты содержат хлорофилл – зеленый пигмент, который поглощает световую энергию для фотосинтеза. Водоросли также имеют другие фотосинтетические пигменты, такие как каротиноиды и фикобилины.

Водоросли могут быть одноклеточными или существовать в виде больших многоклеточных организмов. Они живут в различных местах обитания, включая соленые и пресные водные среды, влажную почву или породы. Фотосинтезирующие водоросли, известные как фитопланктон, встречаются как в морской, так и в пресноводной среде. Морской фитопланктон состоит из диатомей и динофлагеллятов.

Пресноводный фитопланктон включает зеленые водоросли и цианобактерии. Фитопланктон плавает вблизи поверхности воды, чтобы получить лучший доступ к солнечному свету, который необходим для фотосинтеза. Фотосинтетические водоросли жизненно важны для глобального цикла веществ, таких как углерод и кислород.

Они поглощают углекислый газ из атмосферы и генерируют более половины кислорода на планетарном уровне.

Эвглена

Эвглена – одноклеточные протисты, которые были классифицированы по типу эвгленовые (Euglenophyta) с водорослями из-за своей способности к фотосинтезу.

В настоящее время, ученые считают, что они не являются водорослями, а приобрели свои фотосинтетические способности через эндосимбиотические отношения с зелеными водорослями.

Таким образом, эвглена была помещена в типологию эвгленозои (Euglenozoa).

Фотосинтетические бактерии:

Цианобактерии

Цианобактерии – это кислородные фотосинтетические бактерии. Они собирают солнечную энергию, поглощают углекислый газ и выделяют кислород. Как растения и водоросли, цианобактерии содержат хлорофилл и превращают углекислый газ в глюкозу через фиксацию углерода.

В отличие от эукариотических растений и водорослей, цианобактерии являются прокариотическими организмами. Им не хватает окруженного мембраной ядра, хлоропластов и других органелл, обнаруженных в клетках растений и водорослей.

Вместо этого цианобактерии имеют двойную наружную клеточную мембрану и сложенные внутренние тилакоидные мембраны, которые используются при фотосинтезе. Цианобактерии также способны к фиксации азота, процесс превращения атмосферного азота в аммиак, нитрит и нитрат.

Эти вещества абсорбируются растениями для синтеза биологических соединений.

Цианобактерии встречаются в различных наземных биомах и водных средах. Некоторые из них считаются экстремофилами, потому что обитают в чрезвычайно суровых условиях, например горячие источники и гиперсоленные водоемы.

Эти бактерии иногда ошибочно называют сине-зелеными водорослями, хотя они вообще к ним не принадлежат.

Аноксигенные бактерии

Аноксигенные фотосинтетические бактерии представляют собой фотоавтотрофы (синтезируют пищу с использованием солнечного света), которые не продуцируют кислород. В отличие от цианобактерий, растений и водорослей, эти бактерии не используют воду в качестве донора электронов в транспортной цепи электрона при производстве АТФ.

Вместо этого они используют водород, сероводород или серу в качестве основных доноров электронов. Аноксигенные бактерии также отличаются от цианобактерий тем, что у них нет хлорофилла для поглощения света. Они содержат бактериохлорофилл, который способен поглощать более короткие волны света, чем хлорофилл.

Таким образом, бактерии с бактериохлорофиллом, как правило, обнаруживаются в глубоких водных зонах, куда могут проникать более короткие длины волн света.

Примеры аноксигенных фотосинтетических бактерий включают пурпурные и зеленые бактерии. Пурпурные бактериальные клетки бывают разных форм (сферические, стержневые, спиральные), и они могут быть подвижными или не подвижными.

Пурпурные серные бактерии обычно встречаются в водных средах и серных источниках, где присутствует сероводород и отсутствует кислород. Пурпурные несерные бактерии используют более низкие концентрации сульфида, чем пурпурные серные бактерии.

Зеленые бактериальные клетки обычно имеют сферическую или стержнеобразную форму, и в основном не подвижны. Зеленые серные бактерии используют сульфид или серу для фотосинтеза и не могут жить при наличии кислорода.

Они процветают в богатых сульфидами водных средах и иногда образуют зеленоватый или коричневый окрас в своих местах обитания.

Фотосинтезирующие, молочнокислые, азотфиксирующие бактерии и ферментирующие

Микробы представляют собой сообщество микроскопических существ, как правило одноклеточных, которых можно увидеть только при помощи микроскопа. Микробы обитают практически везде. Они присутствуют в почве, воздухе, воде, пище. Они занимают почти все экосистемы, начиная от Антарктиды до Камчатки, от Мертвого моря до африканских пустынь.

Все микробы делятся на два лагеря: регенеративные и дегенеративные. Регенеративная микрофлора отвечает за образование сложных веществ, за создание живых структур. Это те микробы, которые отвечают за здоровье всего живого мира, куда входит и человек. Основная функция дегенеративной микрофлоры – очистительная. Без дегенеративной микрофлоры мир был бы завален горой трупов растений и животных.

Дегенеративная микрофлора очищает природу от ненужных материалов. Эти два лагеря микробов имея разносторонние силы, разделили живой мир на два лагеря: растительный и животный. Для растительного мира дегенеративная микрофлора наиболее физиологична.

Когда мы собираем в компостной яме всякие органические отходы, то с помощью дегенеративной микрофлоры мы превращаем всю эту массу в удобрение для растений. Для живого мира наоборот: физиологичной является регенеративные микробы. В дегенеративной микрофлоре основной является клетка растительного происхождения, а в регенеративной – клетка животного.

Принципиальное отличие в том, что клетка растительного происхождения использует кислород и энергию солнца, а клетка животного, наоборот, кислород поглощает и выделяет тепло. Таким образом в растительном и животном мире все процессы одинаковы, но разнонаправлены.

Еще одно принципиальное отличие между клетками животного и растительного происхождения в том, что для своего белка клетка растительного происхождения использует правоизомерные аминокислоты, а клетка животного – левоизомерные. У аминокислот одинаковые формулы как для животных так и для растений. Единственное отличие в изомерии – есть разделение на правое и левое.

Разделение на правое и левое в живом мире имеет фундаментальное значение.. Если у человека поменять местами руки или ноги, то получиться уродство. Поэтому в живом мире эти понятия менять запрещено. Эти разделения есть не только на макроуровне, но и на микроуровне. В молекуле белка тоже есть правое и левое, и если их поменять местами то получиться уродливый белок.

Если этот неправильный белок принимает участие в обменных процессах, то получаются различные заболевания. Строгое разделение на правое и левое называется диссиметрией тканей, которую нельзя менять ни в коем случае. Загрязняя окружающую среду, мы заставляем природу усиливать дегенеративную микрофлору.

Но нарушив механизмы между противоположными природными силами, мы запускаем механизмы возникновения эпидемий. Мы научились бороться с эпидемиями, но не устранять причины их возникновения. Мы не очищаем планету от всевозможных техногенных загрязнений и в ответ природа готовит нам пандемию.

Класс этих бактерий самостоятельно поддерживает свою жизнедеятельность и активно синтезирует необходимые вещества из ядовитых газов наподобие сероводорода, а также разной органики, используют солнечный свет и тепло от почвы в качестве энергии для своего развития. Присутствие фотосинтезирующих бактерий способствует росту других полезных микроорганизмов.

Эта группа микроорганизмов играет важную роль в круговороте азота во всей природе, они обладают важным свойством усвоения молекулярного азота воздуха, переводя его в усваиваемые растениями формы.

В замен растения для микроорганизмов предоставляют минеральные соли и продукты углеводного обмена, необходимые для развития бактерий.

Этот класс бактерий образует молочную кислоту из углеводов. Известно, что при изготовлении йогурта, кефира, используют молочнокислые бактерии. Молочная кислота является мощным природным антибиотиком, которая подавляет опасные микроорганизмы, ускоряет процесс разложения органики.

Молочнокислые бактерии хорошо угнетают рост вредного микроорганизма – Fusarium. Большие популяции этих бактерий делают растения более слабыми. В дальнейшем, если не сокращать численность этих микроорганизмов, растения могут быть атакованы нематодами.

Как только молочнокислые бактерии устраняют вредные колонии Fusarium, количество нематод начинает сокращаться.

Таким образом, каждый вид бактерий по отдельности выполняет какие-то свои специфические функции, но при этом все виды микроорганизмов дополняют друг друга, создавая тесный симбиоз.

В почве этот дружный союз микроорганизмов очень сильно разрастается, вытесняя собой вредные бактерии.

Именно симбиотичность микроорганизмов помогает им легко адаптироваться к различным средам и вытеснять разнообразную патогенную микрофлору, что создает отличные условия для роста здоровой флоры.

Фотосинтез. Характеристика отдельных групп фототрофных микроорганизмов

Принципиально иным способом энергетического метаболизма в мире микробов можно считать использование световой энергии, или фотосинтез. Многие микроорганизмы могут поглощать энергию света и использовать ее для синтеза АТФ и восстановительных эквивалентов.

Этот процесс, в котором световая энергия поглощается и преобразовывается в химическую, и называется фотосинтезом. Способность к фотосинтезу наблюдается в разных систематических группах, как среди эукариот, так и среди прокариот. Это высшие растения, а также многоклеточные зеленые, бурые, красные и одноклеточные эвгленовые, диатомовые и динофлагеллятные водоросли (эукариоты).

Среди прокариот к фотосинтезу способны цианобактерии и прохлорофиты, зеленые серные и несерные бактерии, пурпурные серные и несерные бактерии, гелиобактерии и галоархеи. Возбужденная светом молекула пигмента может энергию рассеивать, передавать и преобразовывать в химическую связь.

Фотосинтетический аппарат состоит из с в е т о с о б и р а ю щ и х л о в у ш е к (а н т е н н), р е а к ц и о н н ы х ц е н т р о в (Р Ц), электронтранспортной цепи (ЭТЦ) и локализован в мембранных структурах.

Эти структуры усложняются от гелиобактерий (ЦПМ), через пурпурные бактерии (внутриклеточные выросты ЦПМ различной формы) до зеленых (хлоросомы и ЦПМ) и цианобактерий (фикобилисомы и тилакоиды). РЦ и антенна составляют фотосинтетическую единицу. Процесс фотосинтеза делится на две стадии. В световых реациях энергия света поглощается и преобразуется в химическую энергию.

Разновидности хлорофилла, наиболее важные из которых хлорофиллы а и b, различаются своими свойствами и максимумами поглощения. Другие широко распространенные пигменты — каротиноиды (бета-каротин и фукоксантин). Красные водоросли и цианобактерии имеют фикобилипротеины — фикоэритрин и фикоцианин. Их также называют вспомогательными пигементами. Хлорофиллы и вспомогат.

пигменты объединены в высокоорганизованные образования, называемые антеннами, цель которых уловить как можно больше фотонов. Световая энергия улавливается антеннами и передается от одного хлорофилла к другому, пока не достигнет спец. хлорофилла реакционного центра, непосредственно включенного в фотосинтетический транспорт электронов.

У эукариот и цианобактерий имеется два вида антенн, ассоциированных с двумя разными фотосистемами. ФС I адсорбирует более длинноволновый свет (больше 680 нм) и энергия попадает к хлорофиллу а, обозначенному Р700. ФС II поглощает более коротковолновый свет (менее 680 нм) и передает энергию на спец. хлорофилл Р680.

Когда антенны ФС I передают световую энергию к хлорофиллу Р700 реакционного центра, он переходит в возбужденное состояние и передает высокоэнергетичный электрон специфическому акцептору. Далее электрон передается ферредоксину, а потом может пойти по двум путям. При циклическом пути электрон движется через ряд переносчиков обратно к окисленному Р700.

При этом на участке цитохрома b6 синтезируется АТФ. Это циклическое фотофосфорилирование (работает только ФС I). При нециклическом пути задействованы две фотосистемы. Р700 возбуждается и передает электрон на ферредоксин, как и в циклическом пути. Здесь ферредоксин восстанавливает НАДФ+ до НАДФН.

Так как электрон потрачен на восстановительный эквивалент и не может восстановить окисленный Р700, необходимо участие ФС II. Именно она дает электроны на восстановления Р700. Антенны ФС II поглощают свет и передают энергию на Р680, который переходит в возбужденное состояние и восстанавливает феофетин а. Электроны последовательно передаются через хиноны и ряд переносчиков к Р700.

Хлорофилл- пигмент Р680 получает необходимые электроны из окисления воды с выделением О2 (оксигенный фотосинтез). Таким образом, при движении двух электронов от воды до НАДФ+ синтезируется 1 молекула АТФ путем нециклического фосфорилирования. Световая стадия фотосинтеза у зеленых и пурпурных бакерий происходит иначе.

У них существует аноксигенный фотосинтез, когда донором электронов является не вода, а другие вещества (H2S, S0, H2, органика). Тогда уравнение фотосинтеза выглядит так: СО2 + Н2А —> (СН2О) + А. Пурпурные бактерии не образуют НАДФН непосредственно в световых реакциях фотосинтеза, а зеленые бактерии могут восстанавливать НАДФ+ во время световой стадии.

Также они имеют другие фотосинтетические пигменты, называемые бактериохлорофиллами, с максимумами поглощения при более длинных волнах (до 1040 нм).

Все эти различия являются следствием отсутствия у них ФС II: они не могут использовать воду как донор электроном в нециклическом электронном транспорте, образовывать кислород из воды при фотосинтезе и обладают только циклическим фотофосфорилированием. Пурпурные бактерии — способны к автотрофии и откладывают элементарную серу внутри клеток.

В качестве доноров электронов для фотосинтеза используют Н2S и S0. Фотосинтет. пигменты — бактериохлорофиллы a и b, каротиноиды четырех видов. Зеленые бактерии четко подразделяются на две группы. Хлоробии – грамотрицательные микроорганизмы, осуществляющие аноксигенный фотосинтез и откладывающие снаружи элементарную серу. В качестве запасного вещества хлоробии могут накапливать в клетках гликоген. ФС I лежит в ЦПМ и содержит Бхл a, c, d или e и каротиноиды циклического типа. Светособирающие пигменты находятся в хлоросомах (хлоробиум-везикулах), округлых тельцах, покрытых белковой оболочкой. Они прикреплены к внутренней стороне ЦПМ базальной пластинкой. Зеленые нитчатые (несерные) бактерии филогенетически далеко отстоят от зеленых серных бактерий. Фотосинтетический аппарат локализован в хлоросомах и ЦПМ и содержит Бхл a, c, d или e (см. табл.) и каротиноиды. Бактериохлорофиллы синтезируют на свету и в темноте, но в отсутствии кислорода. Вспомогательные пигменты представлены β-, γ-каротином или миксобактином. Представители этой группы требуют для фотосинтеза высокой интенсивности света.

Пурпурные бактерии.

· автотрофы, откладывают серу внутрь клеток

· Донор электронов: H2S, S

Все пурпурные одноклеточные. Мб жгутики, подвижны, фототаксис.

· Размножение бинарное, почкование. Есть цисты и эзкоспоры.

· Грамотрицательные, капсулы, s-слой.

· Запасные вещества: поли-бета-гидроксиалконоаты, гликоген.

· Синтез Бхл подавляется кислородом, но может идти в темноте. Переносчики: цитохромы, Fe-S белки, тиоредоксины, убихиноны, менахиноны.

· Предпочтительно растут на свету.

· Несерные – ауксотрофы, серные – прототрофы. Многие способны к азотофиксации.

· CO2 фиксируется в цикле Кальвина. Есть брожения.

· Мб анаэробное дыханиею

· Сахара – гликолиз, КДФГ. Полный/незамкнутый ЦТК с глиоксилатным шунтом. Есть цитрамалатный цикл.

Зеленые бактерии.

1) Зеленые серные – Chlorobi

2) Зеленые несерные – Chloroflexi

Зеленые серные – Chlorobi

· Фотоавтотрофы, H2S, S

· Бхл a,c,d,e, каротиноиды циклического типа. Находятся в хлоросомах, прикрепленных на внутренней стороне ЦПМ

· Накапливают гликоген, элементарную серу – снаружи

· Переносчики: цитохромы с, b, менахиноны

· Мезофилы. Нейтрофилы, галотолерантные

· Ауксотрофы – необходим В12

· Нуждаются в аммонии, восстановленной сере.

· Незамкнутый ЦТК без глиоксилатного шунта

· Могут использовать органику

· CO2 – цикл Арнона или восстановительный ЦТК

3CO2 + 12H +5 АТФ→триозофосфат

Роль микроорганизмов в круговороте кислорода. Типы жизни прокариот, основанные на окислительном фосфолировании

Роль микроорганизмов в круговороте азота в природе. Азотное питание прокариот с различными типами жизни

Круговорот азота в природе складывается из трех основных процессов: 1)фиксация азота атмосферы; 2)нитрификация-окисление азота; 3) денитрификация (гниение) – восстановление азота. Азот атмосферы фиксируют только свободноживущие азотофиксаторы (азотобактер) и микробы-симбионты – клубеньковые бактерии.

N2=H2N=H3N Они имеют ферменты, обладающие способностью связывать свободный азот с другими химическими элементами. Эти микроорганизмы синтезируют сложные органические соединения. Значение: обогащают почву связанным азотом и способствуют ее плодородию. Аммонификация, или гниение, – процесс разложения белков на менее сложные соединения: пептоны, пептиды, аминокислоты.

Процессы нитрификации, или окисления, аммиака в нитриты, а затем в нитраты осуществляют почвенные бактерии, в результате растения получают питательные вещества. Сначала бактерии (нитрозомонас) окисляют аммиак в азотистую кислоту, получая при этом энергию, необходимую для своей жизни.

(NH2+1,5O2=NO2+H2O+2H) На втором этапе нитратные бактерии(нитробактер) окисляют азотистую кислоту в азотную. (NO2+О2 = NO3). Процессы дентрофиксации иду при наличии в почве денитрофиксирующих бактерий, которые восстанавливают нитраты до молекудярного азота. NO3 = NO2 = NO = N2.

Эти процессы протекают на глубине 10-15см в почве в анаэробных условиях и ведут к понижению плодородия почвы, уменьшая в ней запасы нитритов. Бактерии, осуществляющие круговорот азота в природе могут быть либо симбионтами, либо свободноживущими.

Роль микроорганизмов в круговороте водорода. Водородные бактерии, особенности их метаболизма, роль в природе и практическое значение

К водородным бактериям относятся эубактерии, способные получать энергию путем окисления молекулярного водорода с участием О2, а все вещества клетки строить из углерода СО2. Водородные бактерии – хемолитоавтотрофы, растущие при окислении Н2 в аэробных условиях. Н2 +1/5О2=Н2О.

Помимо окисления для получения энергии молекулярный водород используется в конструктивном метаболизме. На 5 молекул Н2, окисленного в процессе дыхания приходится 1 молекула Н2, затраченная на образование биомассы. 6 Н2+2О2+СО2=СН2О +5Н2О.

Молекулярный водород – наиболее распространенный неорганический субстрат, используемый бактериями для получения энергии в процессе окисления.

К водородным бактериям относятся представители 20 родов, объединяющие грамположительные и грамотрицательные формы разной морфологии, подвижные и неподвижные, образующие спор и бесспоровые, размножающиеся делением и почкованием.(род Hydrogenobacter).

Из всех хемолитоавтотрофных эубактерий только водородные бактерии с помощью определенной формы гидрогеназы могут осуществлять непосредственное восстановление НАД+ окислением неорганического субстрата. К образованию молекулярного водорода приводят разные процессы, в том числе и биологические. Активными продуцентами Н2 являются эубактерии. Также активно осуществляется и потребление Н2

Важная роль в этом принадлежит водородным бактериям. В последнее время водородные бактерии привлекают к себе внимание возможностью практического использования: для получения кормового белка, а также ряда органических соединений (кислоты, аминокислоты, витамины, ферменты).

Роль микроорганизмов в круговороте кислорода. Типы жизни прокариот, основанные на окислительном фосфолировании

Молекулярный кислород микроорганизмы используют в процессе дыхания и окисления неорганических веществ. Выделяют кислород в атмосферу некоторые фотосинтезирующие бактерии (цианобактерии и прохролофиты).

По мере накопления кислород становится постоянным компонентом внешней среды, и только локально могут быть созданы такие условия, где он отсутствует или содержится в малых количествах. Это обусловило два возможных варианта взаимодействия прокариот с молекулярным кислородом.

Одни из существовавших анаэробных форм «ушли» в места обитания, где кислород практически отсутствует, и тем самым сохранили «облик бескислородной эпохи». Другие были вынуждены пойти по пути приспособления к «кислородным» условиям.

Это означает, что они формировали новые метаболические реакции, служащие в первую очередь для нейтрализации отрицательного действия молекулярного кислорода.

Группы хемолитотрофных эубактерий: эубактерии, окисляющие соединения серы; железобактерии; нитрифицирующие бактерии; водородные бактерии; карбоксидобактерии; эубактерии, восстанавливающие сульфаты. Группы хемоорганотрофных бактерий: метилотрофы; уксуснокислые бактерии; аммонифицирующие бактерии; бактерии, разрушающие целлюлозу; денитрифицирующие бактерии.

Источник