Презентацію створив Кузьменко Ігор СШ 273, 10- а

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

Хемосинтез був відкритий у 1889 р. українським мікробіологом С. М. Виноградським. Процес хемосинтезу здійснюють бактерії : -нітрифікуючі ; -залізобактерії ; -сіркобактерії. С.М. Виноградський

Нітрифікуючі бактерії послідовно окиснюють аміак (NH 3 ) до нітритів ( солі HNO 2 ), а потім до нітратів ( солі HNO 3 ). Залізобак ­ терії одержують енергію за рахунок окиснення сполук двовалент ­ ного заліза до тривалентного. Вони беруть участь в утворенні покла ­ дів залізних руд. Безбарвні сіркобактерії окиснюють сірководень та інші сполуки сірки до сірчаної кислоти (H 2 SO 4 ).

Схема будови нітрифікуючої бактерії 5 - оболонка; 6 - нуклеоїд; 7 - спора; 8 - шар слизу; 9 - цитоплазматична мембрана; 10 - джгутик; 11 - включення; 12 - частинки РНК

У планетарному масштабі хемосинтез становить не більше 1% фотосинтезу, проте він має велике значення для біологічного колообігу та геохімічних перетворень. Хемосинтезуючі мікроорганізми відіграють виняткову роль у процесах перетворення хімічних елементів у біогеохімічних циклах. Біогеохімічні цикли ( біогеохімічний колообіг речовин ) - це обмін речовинами та забезпечення потоку енергії між різними компонентами біосфери, внаслідок життєдіяльності різноманітних організмів, що має циклічний характер.

Біологічний колообіг Геохімічні перетворення

Особливостями хемосинтезу, які відрізняють його від фотосинтезу, є те, що цей процес : -здійснюється без участі світла ; -відбувається з використанням кисню, тобто це аеробний процес. Хемоавтотрофні організми можуть жити в океанах на великих глибинах, де є отруйний сірководень. Вони окиснюють його і отримують важливі речовини для життєдіяльності.

Значення хемосинтетиків є важливим у природі, оскільки вони беруть участь в утворенні гірських порід, спричиняють корозію металів. Хемосинтезуючі бактерії, що окиснюють сполуки Феруму, Мангану, поширені у прісних водоймах. 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.

Сіркобактерії У водоймищах, вода яких містить сірководень, при розкладені трупів тварин та рослинності, вулканічній діяльності також виділяється сірководень. В цих місцях можуть жити безбарвні сіркобактерії. Енергію, необхідну для синтезу органічних сполук, вони отримують із вуглекислого газу, окислюючи сірководень. Вільна сірка, що в результаті виділяється, накопичується в їхніх клітинах у вигляді безлічі крупинок. При нестачі сірководню безбарвні сіркобактерії проводять подальше окислення вільної сірки, що міститься в них, до сірчаної кислоти. Чистина сірки, що утворилася може бути використана для синтезу сірковмісних амінокислот, які є важливою складовою більшості білків. Енергія, що утворилася в результаті, також використовується на синтез органічної речовини з вуглекислого газу. 2 Н 2 S + О 2 = 2 Н 2 О +2 S ккал 2 S +2 Н 2 О +3 О 2= 2 Н 2 SО 4 Велику роль сіркобактерії відіграють у Чорному морі яке починаючи з глибини метрів заражене сірководнем. Сіркобактерії розкладаючи сірководень дають можливість організмам заселити бодай верхні пласти води.

Азотобактерії. Надзвичайно широко поширені в ґрунті і в різних водоймищах нітрифікуючі бактерії. Вони добувають енергію шляхом окиснення аміаку та азотистої кислоти, тому відіграють дуже важливу роль в кругообігу азоту в природі. Аміак, що утворюється при гнитті, білків у ґрунті або у водоймищах окислюється нітрифікуючими бактеріями. Енергія, що виділяється при цьому, також використовується для синтезу органічних сполук. Процес нітрифікації відбувається в ґрунті у величезних масштабах і є джерелом нітратів. Крім цього азот фіксуючі бактерії дають можливість засвоювати азот рослинами родини Бобових. 2 NH 3+3 O 2 = 2 HNO 2+2 Н 2 О 2 HNO 2+ O 2 = 2 HNO 2 + E

Залізобактерії Життєдіяльність бактерій це один із найважливіших чинників родючості ґрунтів. Досить поширені в ґрунті також бактерії, що окислюють водень. Хемосинтезуючі бактерії, що окислюють сполуки Феруму і Мангану, надзвичайно поширені як у прісних, так і в морських водоймищах. Завдяки їх життєдіяльності на дні боліт і морів утворюється безліч відкладених руд заліза і марганцю. 4 FeCO3+O2+6 Н 2 О = 4 Fe2O3+4 CO2+E

Водневі бактерії Це бактерії, що здійснюють реакцію окислення водню до води з використанням вуглекислого газу та утворенням вуглеводнів. 6H2 + 2O2 + CO2 = (CH2O) + 5H2O, де (CH2O) умовно позначені вуглеводні. Це найбільш багаточисельна і різноманітна група хемосинтезуючих організмів. Вони швидко ростуть і за короткий проміжок часу дають значну біологічну масу. Ці бактерії також можуть жити в середовищі, що містить органічні речовини. Тобто вони є або міксотрофами ( мають змішане автотрофно - гетеротрофне живлення ), або є факультативними ( необов язковими ) хемоавтотрофними бактеріями.

Карбоксидобактерії. За соєю будовою і процесами життєдіяльності вони схожі на водневі бактерії. Ці хемосинтезуючі організми окислюють чадний газ СО до вуглекислого газу. 25CO + 12O2 + H2O + 24CO2 + (CH2O).

Метанобактерії Цю групу хемотрофних бактерій ділять на дві підгрупи : метаносинтезуючі та метаноокислюючі. Метаносинтезуючі – це анаеробні бактерії, що синтезують метан з вуглекислого газу. Останнім часом ці бактерії використовують для промислового виробництва біогазу з органічних відходів. 4H2 + CO2 = CH4 + 2H2O. Метаноокислюючі – це аеробні бактерії, що отримують енергію шляхом окислення метану до вуглекислого газу. Реакція в даному випадку іде так : СН 4 – СН 3 ОН – НСОН – НСООН – CO 2 Ці бактерії використовують для боротьби з накопиченням метану в шахтах.

Значення хемосинтезу Біосинтез органічних сполук при хемосинтезі здійснюється таким же чином як і при фотосинтезі ( цикл Кальвіна ). Енергія у вигляді АТФ утворюється шляхом перенесення електронів по дихальному ланцюгу ферментів вмонтованих у клітинну мембрану бактерії ( окисно - відновне фосфорелювання ). У зв язку з значними затратами енергії хемосинтезуючі бактерії за виключенням водневих утворюють незначні запаси біомаси окислюючи при цьому значні кількості неорганічних речовин. В біосфері хемосинтезуючі бактерії беруть участь в колообізі важливих хімічних елементів і тому мають важливе значення для біогеохімії.