Особливості харчування бактерій-хемосинтетиків
Зміст
- Хемосинтез Нітрифіцируючі бактерії Окислювачі сірки (сіркобактерії) Залізобактерій Водневі бактерії (водородобактеріі)
У 1888 році російський мікробіолог Виноградський С. Н. вперше показав науковому співтовариству, яким чином можна отримати енергію при окисленні сірководню. Також було доведено, що в природі здійснюють цей процес бактерії, які згодом були названі хемосинтетики. Виноградський С. Н. дав визначення бактеріям-хемосинтетиков, правда, воно відрізнялося від сучасного, але зате вже тоді було введено поділ організмів за типом отримання енергії.
С. Н. Виноградський
До цього відкриття вважалося, що єдиним способом отримання органіки з неорганіки є використання фотосинтезу (на думку вчених, його використовували як рослини, так і бактерії-фотосинтетики). Відкриття синтезу АТФ без участі сонячного світла, а з використанням енергії неорганічних реакцій, змусило науковий світ пильніше придивитися до бактеріального спільноті на предмет того, як же мікроорганізми, що є хемосинтетиками, задовольняють свої найважливіші потреби в енергії.
Хемосинтез
Одержання енергії – це завжди остаточне ланка ланцюжка харчування. Тварини-гетеротрофи, які не можуть самостійно виробляти органіку, отримують АТФ (енергію), розщеплюючи вже готові органічні сполуки. Рослини-автотрофи харчуються сонячним світлом і водою, отримуючи енергію в процесі фотосинтезу, а бактерії-хемосинтетики харчуються неорганічними сполуками, процес перетравлення яких також відбувається з виділенням енергії.
Схема хемосинтезу
Перелік неорганіки, яку споживають продуценти (виробники органіки), не так вже й малий:
Неорганічні сполуки азоту (його окислюють нитрифицирующие бактерії);
сірководень (бактерії, що окислюють сірку);
відновлені залізо і марганець (железобактерии);
молекулярний водень (водневі бактерії);
вуглекислий газ (карбоксідобактеріі, які не можна плутати з такими організмами, як ціанобактерії, у фотосинтезі яких також бере участь вуглекислий газ СО2).
Окрему групу становлять такі бактерії-хемосинтетики (продуценти), як сульфатвосстанавлівающіе і метаногенна мікроорганізми.
Нитрифицирующие бактерії
Мешкають в водоймах – прісних і солоних, а також в грунтах. Ці організми забезпечують кругообіг азоту в природі. Азот є найважливішим елементом, що входять до складу органічних сполук (білків і нуклеїнових кислот). Фіксація азоту є одним з результатів хемосинтезу нитрифицирующих мікроорганізмів.
Всі бактерії, відносяться до цієї групи хемосинтетиков, – грамнегативнімікроорганізми, різні за формою. Деякі з видів пересуваються за допомогою джгутиків, деякі нерухомі.
Всі нитрифицирующие мікроорганізми – строгі (облігатні) аероби, живуть тільки в присутності кисню.
Сам процес хемосинтезу в хемосинтетиков відбувається в ЦПМ – цитоплазматичної мембрані (між клітинною стінкою і цитоплазматическим речовиною). Фермент транслоказ переносить аміак через ЦПМ. Аміак (NH3) окислюється ферментом, продуктами цієї реакції є гідроксиламін та вода. Ця реакція відбувається зі споживанням енергії.
Типи хемотрофов
На другому етапі гідроксиламін окислюється до нітриту з вивільненням одного електрона і одного протона (NH2OH (нітроксіламін) -> NHO (нітроксе) + 2 електрона (Н-) + 2 протона (Н +)).
Формування ланцюга протонів і електронів на різних ділянках ЦПМ в хемосинтетиков призводить до утворення АТФ-синтази (провіднику протонів в мембрані). Протони, попрямувавши за білковим провіднику (АТФ-синтаза) до електронів, забезпечують умови для синтезу АТФ.
Окислювачі сірки (серобактерии)
Окислюють сірку не тільки хемотрофи. Деякі організми-фототрофи також використовують сірку для отримання енергії для життя, але це не бактерії автотрофи з групи ціанобактерій. Фотосинтез за участю сірки здійснюють гетеротрофи (харчуються органікою), до яких відносяться гетеротрофи бацили і псевдомонади.
Продуценти, що відносяться до хемосинтетиков, – це тіоновиє бактерії. Клітинна стінка цих хемосинтетиков влаштована не так, як у решти представників царства бактерії, тому тіонових мікроорганізмів відносять до архебактериям.
Окислюючи сірку до сульфату (SO4), ці продуценти утворюють молекулярну сірку і сульфіти.
Крім тіонових бактерій, окислюють сірку і безбарвні бактерії. Їх класифікаційною ознакою є те, що вони відкладають сірку всередині клітин.
Присутність окислюючих мікроорганізмів у навколишньому середовищі призводить до підкислення цього середовища, що позитивно впливає на розчинення у воді неорганічних сполук і робить цю неорганіки більш доступною для життя рослин.
Залізобактерій
Одні з представників железобактерий – бактерії виду Thiobacillus ferrooxidans – одноклітинні бактерії, оточені бактеріальними чохлами, в яких і накопичується залізо. Живуть окремо або колоніями. Ці мікроорганізми не можуть перетворювати атмосферне вуглекислий газ і тому є строгими (облігатними) хемотрофов. Окислення відновленого заліза здійснюється на ЦПМ. Залізо через мембрану в цитоплазму не проникає. Рушійна сила, за рахунок якої з’являється різниця потенціалів і синтез АТФ, – різниця pH всередині клітини і зовні клітини. Одна молекула АТФ синтезується з двох молекул заліза.
Види бактерій-хемотрофов
Є й інші приклади железобактерий. Ці мікроорганізми-продуценти широко поширені в природі і формують залізисті відкладення. Серед железобактерий зустрічаються навіть гетеротрофні організми.
Водневі бактерії (водородобактеріі)
Водневі бактерії зовсім не схожі на ціанобактерій, хоч молекулярний водень присутня як в життєдіяльності ціанобактерій, так і в житті водневих бактерій.
Особливість цієї групи мікроорганізмів полягає в тому, що вони окислюють водень у присутності кисню. Це досить численна група бактерій. Серед них є представники псевдомонад, бацил та інших бактеріальних сімейств.
Водневі бактерії – факультативні хемолітоавтотрофів споживають вуглець з самих різних сполук, що робить їх привабливими для використання в сучасних біотехнологіях.
У клітинах водневих бактерій присутня фермент гидрогеназу, який приєднує водень до різних з’єднанням в ході реакцій відновлення. Саме цей процес забезпечує утворення відновлених НАД (никотинамидадениндинуклеотид) коферментів, присутніх у всіх живих клітинах.
Водневі бактерії – переробники будь-яких мінеральних субстратів – розглядаються біотехнологами як перспективні працівники для фабрик з виробництва екологічно чистої біомаси. Вже сьогодні ці біомаси використовуються як корм для тварин. Але біотехнології не збираються зупинятися на досягнутому.
(1 votes, average: 5.00 out of 5)