в чем заключается сходство хемосинтеза и фотосинтеза

Хемосинтез – уникальный процесс питания бактерий

Содержание:

Процесс хемосинтеза в биологии представляет собой в некотором смысле уникальное явление, ведь это необычный тип питания бактерий, основанный на усвоении углекислого газа СО₂ благодаря окислению неорганических соединений. Причем что интересно, по мнению ученых, хемосинтез это древнейший тип автотрофного питания (такого питания, когда организм сам синтезирует органические вещества из неорганических), который мог появиться даже раньше нежели фотосинтез.

История открытия

Как биологическое явление хемосинтез бактерий был открыт русским биологом С. Н. Виноградским в 1888 году. Ученый доказал способность некоторых бактерий выделять углеводы используя химическую энергию. Им же был выделен ряд особых хемосинтизирующих бактерий, среди которых наиболее заметными являются серобактерии, железобактерии и нитрифицирующие бактерии.

Сходства и различия с фотосинтезом

Давайте теперь разберем в чем сходство хемосинтеза и фотосинтеза, а в чем различия между ними.

Отличие фотосинтеза от хемосинтеза:

Энергия хемосинтеза

Свою энергию бактерии хемосинтетики получают благодаря окислению водорода, марганца, железа, серы, аммиака и т. д. В зависимости от окисляемого субстрата упомянутые нами выше бактерии и получили свои названия: железобактерии, серобактерии, метанобразующие археи, нитрифицирующие бактерии, ну и так далее.

Значение в природе

Хемотрофы – организмы, получающие жизненную энергию благодаря хемосинтезу, играют важную роль в круговороте веществ, особенно азота, в частности они поддерживают плодородность почв. Также благодаря деятельности бактерий-хемосинтетиков в природных условиях накапливаются большие запасы руды и селитры.

Реакции

Теперь давайте более детально разберем существующие реакции хемосинтеза, все они отличаются в зависимости от бактерий-хемосинтетиков.

Железобактерии

К ним относятся нитчатые и железоокисляющие лептотриксы, сферотиллюсы, галлионеллы, металлогениумы. Обитают они в пресных и морских водоемах. Благодаря реакции хемосинтеза образуют отложения железных руд путем окисления двухвалентного железа в трехвалентное.

Помимо энергии в этой реакции образуется углекислый газ. Также помимо бактерий окисляющих железо, есть бактерии окисляющие марганец.

Серобактерии

Иное их название – тиобактерии, представляют собой весьма большую группу микроорганизмов. Как это следует из их названия, эти бактерии получают энергию путем окисления соединений с восстановленной серой.

Полученная в результате реакции сера может, как накапливаться в самих бактериях, так и выделятся в окружающую среду в виде хлопьев.

Нитрифицирующие бактерии

Эти бактерии, обитающие в земле и воде, свою энергию получают за счет аммиака и азотистой кислоты, именно они играют очень важную роль в кругообороте азота.

Азотистая кислота, полученная при такой реакции, образует в земле соли и нитраты, способствующие ее плодородию.

Видео

И в завершение образовательное видео о сути хемосинтеза.

Автор: Павел Чайка, главный редактор журнала Познавайка

При написании статьи старался сделать ее максимально интересной, полезной и качественной. Буду благодарен за любую обратную связь и конструктивную критику в виде комментариев к статье. Также Ваше пожелание/вопрос/предложение можете написать на мою почту pavelchaika1983@gmail.com или в Фейсбук, с уважением автор.

Эта статья доступна на английском языке – Chemosynthesis.

Источник

Сходства и отличия фотосинтеза и хемосинтеза

Фотосинтез

Фотосинтез (от фото. и греч. synthesis — соединение) — образование клетками высших растений, водорослей и некоторыми бактериями органических веществ при участии энергии света.

Биологический смысл фотосинтеза заключается в использовании и преобразовании энергии солнца в энергию органических соединений — углеводов.

Роль фотосинтеза в природе

В результате фотосинтеза на Земле ежегодно образуется 200 млрд. тонн свободного кислорода и 150 млрд. тонн органического вещества. Кислород обеспечивает дыхание всех живых существ и препятствует перегреву Земли. Органические вещества составляют пищу и самих растений, и всех гетеротрофных организмов. Они могут быть использованы, как сырье для получения топлива и другого технического сырья.

Хемосинтез

Хемосинтез — тип питания бактерий, основанный на получении энергии для своей жизнедеятельности за счет окисления неорганических соединений.

К хемосинтезирующим организмам относятся нитрифицирующие бактерии, серобактерии, железобактерии, водородные бактерии.

Нитрифицирующие бактерии участвуют во включении азота в его круговорот в биосфере. При гниении органических остатков образуется аммиак, который не может быть усвоен растениями. Бактерии окисляют аммиак до нитритов и нитратов, которые усваиваются растениями.

Серобактерии окисляют сероводород до свободной серы, а серу до серной кислоты. Серная кислота способствует разрушению горных пород, каменных и металлических сооружений. Некоторые виды серобактерий очищают сточные воды, т. к. нерастворимые продукты окисления выпадают в осадок.

Сходства и отличия

Таблица. Сравнение фотосинтеза и хемосинтеза

Фотосинтез

Хемосинтез

Наблюдается как у прокариот, так и у эукариот.

Наблюдается только у прокариот: бактерий и архей.

Синтез органических веществ идёт за счёт солнечной энергии.

Синтез органических веществ идёт за счёт энергии окисления химических связей молекулярным кислородом.

Происходит в две фазы.

Происходит в одну фазу.

В качестве побочного продукта выделяется молекулярный кислород.

В качестве побочного продукта молекулярный кислород не выделяется.

Источник

В чем заключается сходство хемосинтеза и фотосинтеза

Подробное решение Праграф § 21 по биологии для учащихся 9 класса, авторов В.В. Пасечник, А.А. Каменский, Е.А. Криксунов

1. В каких частях растений обычно происходит процесс фотосинтеза?

Процесс фотосинтеза обычно происходит в листьях.

2. Какие организмы относятся к хемосинтетикам?

К хемосинтетикам относятся нитрифицирующие и некоторые другие бактерии.

Вопросы

1. Откуда берётся кислород, выделяемый в процессе фотосинтеза?

Кислород, который выделяется в процессе фотосинтеза в атмосферу, образуется в результате фотолиза. Это процесс разложения воды под действием энергии солнечного света.

2. В чём смысл световой фазы фотосинтеза; темновой фазы?

Во время световой фазы образуются богатые энергией молекулы и ионы водорода, необходимые для темновой фазы фотосинтеза.

В процессе темновой фазы поглощается углекислый газ и синтезируется глюкоза.

3. Почему для высших растений необходимо присутствие в почве хемосинтезирующих бактерий?

В ходе хемосинтеза нитрифицирующие бактерии образуют азотистую и азотную кислоты. Из них образуются соли, которые являются важнейшими компонентами минерального питания высших растений.

Под действием других видов бактерий в почве происходит образование фосфатов, также используемых высшими растениями.

Задания

1. Вычислите, сколько глюкозы, синтезируемой в процессе фотосинтеза, приходится на каждого из 6 млрд жителей Земли в год.

Растения Земли все вместе ежегодно производят 130 000 млн т сахаров.

130 000 млн т = 130 000 000 000 т

130 000 000 000 : 6 000 000 000 жителей = 21,7 т на одного человека в год

2. Сравните процессы фотосинтеза и хемосинтеза. Выявите сходство и различия этих процессов.

В результате каждого из этих процессов синтезируются необходимые организмам органические соединения из неорганических. Но фотосинтеза и хемосинтеза имеют и отличия:

1. Фотосинтез невозможен без энергии солнечного света, хемосинтез в нем не нуждается. В качестве источника энергии, клетки хемосинтезирующих организмов используют энергию химических реакций.

2. Фотосинтезируют растения и бактерии, хемосинтезируют – некоторые бактерии.

3. Оба процесса имеют разное биологическое значение.

Источник

Особенности хемосинтеза бактерий

Хемосинтез бактерий – тип питания бактериальных клеток, при котором они усваивают углекислый газ (CO2), потребляя энергию окисления определенных веществ неорганической природы (H2, NH4, ионов Fe, соединений S и прочих). Этот феномен интересен еще и тем, что здесь проявляется сходство бактерий с растениями и цианобактериями, которые посредством фотосинтеза получают кислород из воды и углекислого газа.

Схожесть и отличия процессов питания бактерии и растения

Итак, на основании каких критериев можно сравнить эти два процесса? Различие фотосинтеза от хемосинтеза как механизмов преобразования веществ заключается в том, что хемосинтез использует в качестве донора электронов не воду, как во время фотосинтеза, а некоторые вещества с неорганическими свойствами. И здесь не нужна ультрафиолетовая составляющая солнечного света, в отличие от фотосинтеза. Полученная в результате реакций окисления энергия накапливается бактериями в виде аденозинтрифосфата (АТФ).

Сходством фотосинтеза и хемосинтеза выступает обязательное использование углекислого газа, как источника углерода. Оба процесса протекают с выделением тепла (то есть это реакции экзотермического типа). Энергия, выделяющаяся во время реакции, потребляется бактериями при хемосинтезе и восстанавливает CO2, а также синтезирует органические вещества.

Хемосинтез впервые был изучен в 1887 году русским ученым-микробиологом Виноградским С.Н.. Ученый наблюдал за железо- и серобактериями. Именно этим исследованием Виноградский сумел доказать существование автотрофного типа питания. А в 1890 году предложил термин «хемосинтез».

Основные типы хемосинтетиков

Среди хемосинтезирующих бактерий выделяется несколько групп в зависимости от вещества, используемого в качестве источника углерода

Сероредуцирующие, или серобактерии

Абсолютно бесцветные микроорганизмы, которые получают энергию посредством окисления сероводорода (H2S) и образования свободной серы (S).

2H2S + O2 = 2H2O + S2 + 272 кДж

В случае недостаточного количества сероводорода они могут продолжить окислительный процесс окислением серы и получением серной кислоты (H2SO4):

S2 + 3O2 + 2H2O = 2H2SO4 + 483 кДж

Живут серобактерии в водоемах, насыщенных сероводородом. В Черном море количество таких бактерий просто огромно.

Образованная серная кислота медленно разрушает сооружения из металла и камня, горные породы, способствует выщелачиванию руды и месторождений серы.

Нитрифицирующие, или нитробактерии

Это одноклеточные бактерии, получающие энергию для протекания такого процесса, как хемосинтез, из реакции окисления аммиака (NH3) и азотистой кислоты (HNO2) при гнилостном разложении веществ органической природы.

Аммонийокисляющие микроорганизмы занимаются окислением аммиака:

2NH4 + 3O2 = 2HNO2 + 663 кДж

Нитритокисляющие бактерии продолжают окислительный процесс, окисляя нитритную кислоту до нитратной:

2HNO2 + O2 = 2HNO3 + 192 кДж

Средой обитания данного вида бактериальных микроорганизмов являются почвы и водоемы, где они комфортно себя чувствуют при температуре 25-30°С, а также уровне pH=7,5-8,0. Размножаются путем деления (кроме Nitrobacter).

Нитрифицирующие микроорганизмы принадлежат к хемолитотрофным микробам, являющимся наиболее распространенными в естественных условиях. Из них самое широкое распространение получили аммонийокисляющие, благодаря возможности использовать еще один энергетический источник окисления метана.

Именно благодаря жизнедеятельности нитрифицирующих бактерий образовалось столько ископаемой селитры в недрах земли. Человечество научилось использовать нитрифицирующих бактерий в процессах обогащения руд для получения чистого марганца и при добыче угля. Также их используют для преобразования сточных вод.

Железобактерии

Тип бактерий, которые способны окислять соединения железа (Fe), а также марганца (Mn). Средой обитания данного вида являются морские, пресные водоемы. Своей жизнедеятельностью они способствуют отложениям на дне водоемов руд, содержащих марганец и железо.

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

Водородные бактерии, или водородобактерии

Хемосинтез водородных бактерий протекает за счет окисления молекул водорода (H2), образующегося за счет анаэробного (без применения кислорода) разложения на компоненты органического материала:

2H2 + O2 = 2H2O + 235 кДж

Водородных микроорганизмов применяют для продукции пищевых, а также кормовых белков, осуществления атмосферных регенеративных процессов в системе жизнеобеспечения замкнутого типа (в системе «Оазис-2» и других).

Сходные процессы

Ученые исследовали хемосинтез на меченом углекислом газу (14CO2), действуя с различными видами бактерий. В результате этого была получена фосфоглицериновая кислота. Ее образование вызвано наличием в бактериальных клетках рибулозодифосфата, стимулирующего ассимиляционный процесс в 14CO2. Таким образом, было выяснено, что хемосинтез подобен процессам фотосинтеза в присоединении диоксида углерода к рибулозодифосфату – основному механизму ассимиляции CO2.

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

Фотосинтез и хемосинтез. Сходства и различия.

Первичное органическое вещество возникает за счёт фотосинтеза и хемосинтеза. Фотосинтез – эндоэнергетический процесс, при котором идёт накопление энергии в органическом веществе за счёт преобразования энергии фотонов в энергию химических связей.

На фотосинтез тратится не более 5(

2–3) % лучистой энергии солнца (лучи длины волны 380–710 нм). Под действием солнечного света в клетке листа высвобождается один электрон из молекулы хлорофилла (C₅₅H₁₂O₅N₄Mg), который далее взаимодействует с молекулой АДФ (аденозиндифосфат).

В результате молекула АДФ получает дополнительную энергию для присоединения неорганического фосфата и превращения в АТФ (аденозинтрифосфат): АТФ – основной энергоноситель в живом организме. Эти процессы происходят в световой фазе фотосинтеза:

световая фаза: АДФ + H₃PO₄ АТФ + H₂O

В темновой фазе идёт синтез углеводов, для чего расходуется энергия АТФ и атомов водорода, возникающих в световой фазе.

темновая фаза: 6CO₂ + 24H C₆H₁₂O₆ + 6H₂O

Кислород образуется в световой фазе из молекул воды. Суммарно, процесс фотосинтеза может быть записан:

При повышении температуры на 10 0 С скорость увеличивается в 2–3 раза, но только до 35 0 С, дальше понижается и прекращается.

В 1887 г. Виноградский открыл хемосинтезирующие бактерии.

Хемосинтез – синтез органического вещества с помощью бактерий, иначе, бактериальный фотосинтез. Протекает так же, как фотосинтез, но донором водорода служит сероводород (H₂S), либо H₂, поэтому выделения кислорода не происходит. Поскольку бактерии бывают разные, то возможно образование различных соединений. Например:

б) железобактерии: окисляют закисное железо в окисное (FeO => Fe₂O₃);

в) азобактерии: способствуют окислению аммиака до оксидов азота, затем нитритов, далее нитратов: NH₃ => N_xO_y => NO₂ – => NO₃ –

Сходства (фото– и хемосинтеза):

1) образуется органическое вещество;

2) поглощается углекислый газ;

Различия (фото– и хемосинтеза):

1) в фотосинтезе образуется кислород;

2) в хемосинтезе образуется какое–либо вещество.

Источник