ОСОБЛИВОСТІ ОБМІНУ РЕЧОВИН В АВТОТРОФНИХ ОРГАНІЗМІВ.�ФОТОСИНТЕЗ. ХЕМОСИНТЕЗ.

АВТОТРОФНЕ ЖИВЛЕННЯ

• АВТОТРОФНЕ ЖИВЛЕННЯ (від грец. аутос – сам і трофос – їжа) – це надходження в організм неорганічних речовин, необхідних для синтезу власних органічних сполук.
• Залежно від джерел енергії, що використовується при цьому, розрізняють фотоавтотрофне живлення (властиве ціанобактеріям і зеленим рослинам, у клітинах яких є зелені пігменти, що вбирають зовнішню світлову енергію) та хемоавтотрофне живлення (у деяких груп бактерій, які використовують внутрішню хімічну енергію неорганічних сполук).

Автотрофні організми

• Фотосинтез
• Повітряне і мінеральне живлення
• Екскреція

Повітряне живлення – це процес поглинання та засвоєння з повітря вуглекислого газу, який є вихідним продуктом для фотосинтезу.

Мінеральне живлення – це процес поглинання та засвоєння з ґрунту води та хімічних елементів, необхідних для життєдіяльності.

Екскреція – сукупність процесів, спрямованих на виведення невикористаних продуктів обміну речовин й енергії, а також чужорідних і шкідливих для клітини сполук

Фотосинтез – процес утворення органічних речовин з неорганічних з використанням енергії сонячних променів

Автотрофи

Фотоавтотрофи

• Організми, які використовують енергію Сонця.
• Основний процес - фотосинтез

Хемоавтотрофи

• Організми, які використовують енергію хімічних зв'язків
• Основний процес - хемосинтез

Узагальнене рівняння фотосинтезу має вигляд:

6СО2 + 6Н2О = С6Н12О6 + 6О2

Кисень є побічним продуктом процесу

Загальне рівняння фотосинтезу

6СО2 + 6Н2О = С6Н12О6 + 6О2

​

Руснак Т.М.

20.02.2016

Вхідні речовини

Вихідні речовини

походження

Акцептор е-

Донор е-

Для процесу фотосинтезу потрібно

• Хлоропласти
• Пігменти (хлорофіли, каротиноїди, ксантофіли), які утворюють фотосистеми
• Наявність особливих речовин – переносників протонів (НАДФ)
• Наявність ферментів – синтетаз (АТФ-аза)
• Наявність цитохромів – переносників електронів
• Світло

Фази фотосинтезу

Світлова

• Відбувається в мембрані тилакоїдів

Темнова

• Відбувається в стромі хлоропластів

Руснак Т.М.

20.02.2016

Р680

Р700

цитв

ПХ

цитf

ПЦ

АДФ

АТФ

Р

Н2О 1/2О2 + +

е- + 2Н+

е-

е-

е-

е-

е-

е-

Фотоліз води

НАДФ + е- НАДФ-

НАДФ- + е- + 2Н+

НАДФН2

+ + + + + + + +

- - - - - - - - -

hν

hν

Нециклічне фотосинтетичне фосфорилювання

1/2О2

+

О2

​

1/2О2

Темнова фаза – цикл Кальвіна

• Цикл Кальвіна складається з трьох стадій:
• 1.Карбоксиляція
• 2.Відновлення
• 3.Регенерація акцептора CO2

​

Мелвін Кальвін

1911-1997

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0%B0%D0%BB%D1%8C%D0%B2%D0%B8%D0%BD,_%D0%9C%D0%B5%D0%BB%D0%B2%D0%B8%D0%BD#/media/%D0%A4%D0%B0%D0%B9%D0%BB:Melvin_Calvin.jpg

Руснак Т.М.

20.02.2016

6Н2О

6СО2

АТФ

АТФ

АДФ

АДФ

НАДФН2

НАДФ

Р

Р

С6Н12О6

Цикл Кальвіна

1

2

3

4

• Для утворення однієї молекули глюкози потрібно 6 обертів циклу, 6CO2, 12НАДФН2 і 18 АТФ.

​

Руснак Т.М.

20.02.2016

6СО2

12НАДФН2

18АТФ

С6Н12О6

6СО2+6Н2О+18АДФ+18Н3РО4+12НАДФ= С6Н12О6 + 6О2+18АТФ+12НАДФН2

​

Значення фотосинтезу

• Фотосинтез є основним джерелом біологічної енергії, фотосинтезуючі автотрофи використовують її для утворення органічних речовин з неорганічних, гетеротрофи існують за рахунок енергії хімічних зв'язків, запасеної автотрофами, вивільняючи її в процесах аеробного та анаеробного дихання.
• Енергія, отримувана людством при спалюванні викопного палива (вугілля, нафта, природний газ, торф), також є запасеною в процесі фотосинтезу.
• Фотосинтез є головним методом залучення неорганічного вуглецю в біологічний цикл.
• Весь кисень атмосфери біогенного походження і є побічним продуктом фотосинтезу. Формування окиснювальної атмосфери повністю змінило стан земної поверхні, зробило можливою появу дихання, а надалі, після утворення озонового шару, дозволило життю вийти на сушу.

​

М-таблиця

Руснак Т.М.

20.02.2016

Поняття про хемосинтез

• Хемоси́нтез — це процес синтезу органічних речовин з вуглекислого газу за рахунок енергії окислення аміаку, сірководню і інших речовин, який здійснюється мікроорганізмами в процесі їх життєдіяльності.

Хемосинтетики

• Процес хемосинтезу здійснюють хемоавтотрофні бактерії:
• нітрофікуючі бактерії (окиснюють аміак спочатку до нітритів (солі нітритної кислоти),а згодом - до нітратів (солі нітратної кислоти);
• залізобактерії (окиснюють сполуки двовалентного Феруму до трьохвалентного);
• сіркобактерії (окиснюють сірководень та інші сполуки Сульфуру до сульфатної кислоти).

​

Залізобактерії

• Залізобактерії здатні окислювати двовалентне залізо до трьохвалентного, використовуючи при цьому енергію, що вивільняється, на засвоення карбону з вуглекислого газу або карбонатів.
• Залізобактерії були відкриті С.Виноградським.
• Окислення відбувається таким чином:

​

• Залізобактерії поширені в прісних і солоних водах і відіграють роль у кругообігу заліза в природі. Завдяки їх діяльності на дні боліт і морів утворюються поклади заліза.

​

Річка Ріо Тінто

Залізобактерії на снігу

Сіркобактерії

• Сіркобактерії – це бактерії, які отримують енергію під час окислення сполук сульфуру.
• До них належать фототрофні пурпурові і зелені сіркобактерії, деякі ціанобактерії, а також нефототрофні бактерії. Зустрічаються в прісних і солоних водах.
• Найчастіше субстратом окислення виступає сірководень:

​

​

• Сірка, що утворилася, накопичується у вигляді зерен в клітинах. При нестачі сірководню вони окислюють сірку до сульфатної кислоти:

�

Нітробактерії

Нітріфікація – процес окиснення амоніаку спочатку до нітритної, а потім до нітратної кислоти.

• Процес відбувається у 2 стадії:
• - окиснення амоніаку до нітрит-аніона

2NH₃ + 3O₂ ⭢ 2 HNO₂ + 2 H₂O

• - окиснення нітрит-аніона до нітрат-аніона.

2HNO₂ + 3O₂ ⭢ 2HNO₃

Значення

У планетарному масштабі хемосинтез становить не більше 1% фотосинтезу, проте він має велике значення для біологічного колообігу та геохімічних перетворень. Значення хемосинтетиків є важливим у природі, оскільки вони беруть участь в утворенні гірських порід, спричиняють корозію металів. Імовірно, що саме за їх участю впродовж мільйонів років на дні деяких боліт, озер утворилися поклади залізних і манганових руд. Також, деякі хемосинтезуючі бактерії використовуються людиною для очищення стічних вод.

Домашнє завдання

• §18