Похоже , очередной ГЕНИЙ с эпохальными открытиями на форуме... :?
осень, что поделаешь...
ХЕМОТРОФ
вы так и не ответили на вопросы о биохимическом синтезе воды.
:wink:
БЫЛО ПРИЯТНО ПООБЩАТЬСЯ СО ВСЕМИ. БЕЗ КРИТИКИ ЖИТЬ СКУЧНО И НЕТ ДВИЖЕНИЯ В НУЖНОМ НАПРАВЛЕНИИ. Я ОСТАЮСЬ ПРИ СВОЕМ МНЕНИИ - ПЛАНЕТАРНАЯ ВОДА НА ЗЕМЛЕ ИМЕЕТ БИОГЕННОЕ ПРОИСХОЖДЕНИЕ.
ПОПУЛЯРНО О ХЕМОТРОФАХ простым смертным читателям форума (Профи SSS может и не читать. Горе от ума).
Хемосинтез был открыт в конце XIX века русским микробиологом С.Н.Виноградским. Ему удалось выделить из почвы своеобразные микроорганизмы, не способные расти на обычных питательных средах с органическим веществом. Эти бактерии получили название нитрифицирующих, причем оказалось, что им не нужны восстановленные соединения углерода для нормального роста и размножения. Выяснилось, что нитрифицирующие бактерии способны восстанавливать CO2 до органических соединений, используя для этого энергию окисления минеральных соединений азота. Процесс идет по уравнению:
NH3 + 1½O2 → HNO2 + H2O
и сопровождается выделением 276 кДж энергии на моль окисленного вещества. Часть этой энергии бактерии используют для ассимиляции CO2, т.е. для восстановления углекислоты в органическое соединение.
Дальнейшее окисление нитрита до нитрата идет по уравнению:
HNO2 + 1½O2 → HNO3
и идет на 1 моль окисленного нитрита дополнительно 71кДж энергии, которая также частично используется бактериями для синтетических целей.
Нитрифицирующие бактерии являются чрезвычайно специализированными микроорганизмами – они могут жить при полном отсутствии органических соединений, необходимых для развития микробов. Более того, питательные органические вещества ядовиты для них. Вместе с тем эти микроорганизмы представляют прекрасный пример так называемого сообщества бактерий – микробы, окисляющие азотистую кислоту, получаются в результате деятельности микробов, окисляющие аммиак; однако жизнедеятельность нитрифицирующих микробов невозможна без обычных микроорганизмов – бактерий и плесневых грибов, разлагающих в почвах и водоемах белки, содержащихся в остатках животных и растений, с образованием аммиака.
Еще одна группа минеральных соединений, служащих сырьем для хемосинтеза, это
соединения серы. Обширная группа серобактерий окисляет эти соединения по схеме:
S2- (сульфид) → S (сера) → S2 O22- (тисульфит) → SO22- (сульфит) → SO42- (сульфат).
В частности, в современных водоемах, вода которых содержит сероводород, живут так называемые бесцветные серобактерии. Энергию, необходимую для синтеза органических соединений из углекислого газа, они получают, окисляя сероводород:
2H2S + O2 → 2H2O + S2
Выделяющаяся в результате свободная сера накапливается в их клетках в виде множества крупинок.
При недостатке сероводорода бесцветные серобактерии производят дальнейшее окисление накопившейся в них свободной серы до серной кислоты:
S2+ 3O2 + 2H2O + → 2H2 SO4
Образующаяся в результате окисления серы свободная энергия также используется на синтез органического вещества из углекислого газа. Суммарный энергетический эффект окисления сероводорода до серной кислоты равен 159 килокалорий на каждую окисленную грамм-молекулу.
Процесс нитрификации происходит в природе в огромных масштабах и является источником нитратов, содержащихся в почве, а также в пресных и соленых водоемах. В некоторых регионах планеты, где выпадает очень мало осадков, в результате нитрификации могут накапливаться огромные запасы нитратов. Таковы, например, залежи селитры в Чили и в пустынных районах Узбекистана.
В почвах широко распространены также бактерии, окисляющие водород, получившие название водородокисляющих бактерий. Данный процесс можно выразить следующим уравнением:
2H2 + O2 → 2H2O
Энергия, выделяющаяся при окислении водорода до воды, оценивается в 234 кДж/моль. Водородные бактерии, как и многие хемоавтотрофы, используют часть энергии окисления для автотрофной ассимиляции CO2, восстанавливая его, например, до метана (CH4). Исследование процесса ассимиляция CO2 этими бактериями показало, что первым ее продуктом является фосфоглицериновая кислота, т.е. синтез углеводов хемотрофными бактериями осуществляется в цикле Кальвина (по C3-пути). Для этих бактерий также доказана возможность синтеза углеводов по C3-пути в цикле Кальвина [1, с.100].
Другим источником энергии для хемосинтеза служит окисление соединений железа железобактериями. Термин «железобактерии» традиционно применяется большинством исследователей для обозначения всех микроорганизмов, у которых обнаруживается способность к окислению железа или марганца. Как известно, название «железобактерии» было введено С.Н.Виноградским для обозначения микроорганизмов, использующих энергию окисления двухвалентного железа для ассимиляции углекислоты, т.е. способных существовать хемолитоавтотрофно. Они окисляют железо Fe(II) в Fe(III), которое идет по уравнению:
2FeCO3 + 3H2O + 1½O2 → 2Fe(OH)3 + 2CO2
Этот процесс сопровождается выделением 167 кДж энергии на 1 моль окисленного соединения.
Железобактерии чрезвычайно широко распространены как в пресных, так и в морских водоемах. Благодаря их жизнедеятельности на дне болот и морей образуются огромные залежи руд железа и марганца. Как указывает основатель геохимии - В.И.Вернадский, разрабатываемые в настоящее время залежи марганцевых и железных руд являются результатом жизнедеятельности этих бактерий в древние геологические периоды [2, с.289].
Фотосинтезирующие бактерии – это типичные водные микроорганизмы; они обитают в пресной и морской воде, во влажной или илистой почве, в прудах и озерах со стоячей водой, в серных источниках и т.д. Они подразделяются на три семейства: 1) Зеленные сернистые бактерии (Chlorobiacea). 2) Пурпурные серные бактерии (Chromatiaceae). 3) Пурпурные несерные бактерии (Rhodospirillaceae).
При использовании для роста энергии, накапливаемой в процессе фотосинтеза, все перечисленные бактерии ведут себя как строгие анаэробы, т.е. могут расти лишь при полном отсутствии кислорода. Бактерии не способны использовать воду в качестве субстрата для фотосинтеза и не выделяют при фотосинтезе кислород [3, с.104].
В анаэробных (бескислородных) условиях органические вещества сбраживаются различными микроорганизмами (хемосинтезирующими анаэробами), которые получают энергию в результате субстратного фосфорилирования. (То есть АТР образуется за счет энергии, содержащейся в органических субстратах. - Прим. перевод.). При этом образуются различные конечные продукты метаболизма, например CO2, H2, этиловый спирт, простые жирные кислоты. Эти соединения могут накапливаться в среде при условии, что они не будут потребляться в качестве питательных веществ другими микроорганизмами, не способными использовать кислород в качестве конечного акцептора электронов в процессе дыхания. Сульфатредуцирующие и нитрифицирующие бактерии способны потреблять часть конечных продуктов брожения хемосинтезирующих анаэробов. Фототрофные бактерии (зеленные и пурпурные фотосинтезирующие бактерии) получают энергию, поглощая солнечный свет. Они способны метаболировать большинство конечных продуктов анаэробного брожения – спирты, кислоты, водород, и т.п., а также конечные продукты сульфатного и нитратного дыхания - H2S и N2. Таким образом, соединения образующиеся в клетках зеленых и пурпурных фотосинтезирующих бактерий, могут быть в дальнейшем использованы в качестве субстратов хемосинтезирующими анаэробами, которые в свою очередь продуцируют вещества, играющие роль питательных веществ у фототрофных бактерий. Жизнь была бы невозможной без подобной энергетической сопряженности отдельных реакций обмена в организме и без наличия специальных систем, накапливающих свободную энергию, образующихся при окислительно-востановительных реакциях. Таким образом, в анаэробных условиях бактерии этих двух типов могут сосуществовать [3, с.111].
В этих процессах особо важное внимание необходимо уделить механизму генерирования биогенной воды, которая является основным источником воды на Земле. Например, у некоторых микроорганизмов, содержащих бактериохлорофилл – пурпурных серобактерий (Chromatiaceae) в процессе фотосинтеза, в отличии от фотосинтеза высших растений, восстановление углекислого газа (CO2 ) осуществляется сероводородом (H2S) по следующей схеме:
CO2 + 2 H2S ─ (свет, бактериохлорофилл)→ CH2O + 2S + H2O
В данном случае фотосинтез представляет собой сопряженный окислительно-восстановительный процесс, идущий под влиянием поглощенной бактериохлорофиллом световой энергии [2, с.287].
Синтез воды также является неотъемлемой частью хемосинтеза сероводорода и бесцветных серобактерий. Источником энергии, необходимой для синтеза органических соединений из углекислого газа, является процесс окисления сероводорода:
2 H2S + O2 ─ (процесс окисления)→ H2O + S2
Нитрифицирующие бактерии хемосинтеза, добывающие энергию, необходимую им для синтеза органических соединений, путем окисления аммиака и азотистой кислоты выделяют воду:
2 NH3 + 3O2 ─ (процесс окисления)→ 2HNO2 + 2H2O
Нитрифицирующие бактерии являются чрезвычайно специализированными микроорганизмами – они могут жить при полном отсутствии органических соединений, необходимых для развития других микробов. Более того, питательные органические вещества ядовиты для них. Вместе с тем эти микроорганизмы представляют прекрасный пример так называемого сообщества бактерий – микробы, окисляющие азотистую кислоту, получают ее в результате деятельности микробов, окисляющих аммиак. В тоже время жизнедеятельность нитрифицирующих микробов невозможна без обычных микроорганизмов – бактерий и плесневых грибов, разлагающих в почвах и водоемах белки, содержащиеся в останках животных и растений, с образованием аммиака.
Процесс нитрификации происходит в природе в огромных масштабах и является источником нитратов, содержащихся в почве, в пресных и соленых водоемах. Жизнедеятельность нитрифицирующих бактерий представляет собой один из важнейших факторов плодородия почвы.
Широко распространены в почве также бактерии, окисляющие водород в соответствии с уравнением:
2H2 + O2 ─ (процесс окисления)→ 2H2 O
Необходимо отметить, что водородные бактерии не являются такими строго специализированными организмами, как, например, нитрифицирующие бактерии. Некоторые из них могут развиваться также на растворах органических веществ, например глюкозы, при полном отсутствии водорода. Водородные бактерии окисляют водород, постоянно образующийся в результате анаэробного разложения различных органических остатков микроорганизмами почвы [2, с.287-289].
ЛИТЕРАТУРА
1. Шапиро Я.С. Биологическая химия. Санкт-Петербург., Изд-во «Элби-СПб», 2004.
2. Крестович В.Л. Основы биохимии растений. М., Высшая школа, 1971.
3. Hall D., Rao K., Photosynthesis. Edward Arnold (Publishers) Limited. London, 1981//
перевод на рус. Холл Д., Рао К.,Фотосинтез. М.: Мир, 1983.
