По типу питания живые организмы делятся на автотрофы, гетеротрофы и миксотрофы. Автотрофы (греч. αὐτός — сам + τροφ — пища) — организмы, которые самостоятельно способны синтезировать органические вещества из неорганических. Гетеротрофы (греч. ἕτερος — иной + τροφή — пища) — организмы, использующие для питания готовые органические вещества.
Наконец, миксотрофы (греч. μῖξις — смешение + τροφή — пища) — организмы, которые могут использовать как гетеротрофный, так и автотрофный способ питания. К примеру, эвглена зеленая на свету начинает фотосинтезировать, а в темноте питается гетеротрофно.
Фотосинтез
Фотосинтез (греч. φῶς — свет и σύνθεσις — синтез) — сложный химический процесс преобразования энергии квантов света в энергию химических связей. В результате фотосинтеза происходит синтез органических веществ из неорганических.
Этот процесс уникален и происходит только в растительных клетках, а также у некоторых бактерий. Фотосинтез осуществляется при участии хлорофилла (греч. χλωρός — зелёный и φύλλον — лист) — зеленого пигмента, окрашивающего органы растений в зеленый цвет. Существуют и другие вспомогательные пигменты, которые вместе с хлорофиллом выполняют светособирающую или светозащитную функции.
Ниже вы увидите сравнение строения хлорофилла и гемоглобина. Обратите внимание, что в центре молекулы хлорофилла находится ион Mg.
В высшей степени гениально значение процесса фотосинтеза подчеркнул русский ученый К.А. Тимирязев: «Все органические вещества, как бы они ни были разнообразны, где бы они ни встречались, в растении ли, в животном или человеке, прошли через лист, произошли от веществ, выработанных листом. Вне листа или, вернее, вне хлорофиллового зерна в природе не существует лаборатории, где бы выделялось органическое вещество. Во всех других органах и организмах оно превращается, преобразуется, только здесь оно образуется вновь из вещества неорганического»
Более подробно мы обсудим значение фотосинтеза в завершение этой статьи. Фотосинтез состоит из двух фаз: светозависимой (световой) и светонезависимой (темновой). Я рекомендую использовать названия светозависимая и светонезависимая, так как они способствуют более глубокому (и правильному!) пониманию фотосинтеза.
Светозависимая фаза (световая)
Эта фаза происходит только на свету на мембранах тилакоидов в хлоропластах. В ней принимают участие различные ферменты, белки-переносчики, молекулы АТФ-синтетазы и зеленый пигмент хлорофилл.
Хлорофилл выполняет две функции: поглощения и передачи энергии. При воздействии кванта света хлорофилл теряет электрон, переходя в возбужденное состояние. С помощью переносчиков электроны скапливаются с наружной поверхности мембраны тилакоидов, тем временем внутри тилакоида происходит фотолиз воды (разложение под действием света):
Гидроксид-ионы отдают лишний электрон, превращаясь в реакционно способные радикалы OH, которые собираются вместе и образуют молекулу воды и свободный кислород (это побочный продукт, который в дальнейшем удаляется в ходе газообмена).
Образовавшиеся при фотолизе воды протоны (H + ) скапливаются с внутренней стороны мембраны тилакоидов, а электроны — с внешней. В результате по обе стороны мембраны накапливаются противоположные заряды.
При достижении критической разницы, часть протонов проталкивается на внешнюю сторону мембраны через канал АТФ-синтетазы. В результате этого выделяется энергия, которая может быть использована для фосфорилирования молекул АДФ:
Читайте также: Творческая работа с тканью
Протоны, попав на поверхность мембраны тилакоидов, соединяются с электронами и образуют атомарный водород, который используется для восстановления молекулы-переносчика НАДФ (никотинамиддинуклеотидфосфат). Благодаря этому окисленная форма — НАФД + превращается в восстановленную — НАДФ∗H2.
Предлагаю создать квинтэссенцию из полученных нами знаний. Итак, в результате светозависимой фазы фотосинтеза образуются:
- Свободный кислород O2 — в результате фотолиза воды
- АТФ — универсальный источник энергии
- НАДФ∗H2 — форма запасания атомов водорода
Кислород удаляется из клетки как побочный продукт фотосинтеза, он совершенно не нужен растению. АТФ и НАДФ∗H2 в дальнейшем оказываются более полезны: они транспортируются в строму хлоропласта и принимают участие в светонезависимой фазе фотосинтеза.
Светонезависимая (темновая) фаза
Светонезависимая фаза происходит в строме (матриксе) хлоропласта постоянно: и днем, и ночью — вне зависимости от освещения.
При участии АТФ и НАДФ∗H2 происходит восстановление CO2 до глюкозы C6H12O6. В светонезависимой фазе происходит цикл Кальвина, в ходе которого и образуется глюкоза. Для образования одной молекулы глюкозы требуется 6 молекул CO2, 12 НАДФ∗H2 и 18 АТФ.
Таким образом, в результате темновой (светонезависимой) фазы фотосинтеза образуется глюкоза, которая в дальнейшем может быть преобразована в крахмал, служащий для запасания питательных веществ у растений.
Значение фотосинтеза
Значение фотосинтеза невозможно переоценить. Уверенно утверждаю: именно благодаря этому процессу жизнь на Земле приобрела такие чудесные и изумительные формы, какие мы видим вокруг себя: удивительные растения, прекрасные цветы и самые разнообразные животные.
В разделе эволюции мы уже обсуждали, что изначально в составе атмосферы Земли не было кислорода: миллиарды лет назад его начали вырабатывать первые фотосинтезирующие бактерии — сине-зеленые водоросли (цианобактерии). Постепенно кислород накапливался, и со временем на Земле стало возможно аэробное (кислородное) дыхание. Возник озоновый слой, защищающий все живое на нашей планете от губительного ультрафиолета.
Говоря о роли фотосинтеза, выделим следующие функции, объединяющиеся в так называемую космическую роль растений. Итак, растения за счет фотосинтеза:
- Синтезируют органические вещества, являющиеся пищей для всего живого на планете
- Преобразуют энергию света в энергию химических связей, создают органическую массу
- Растения поддерживают определенный процент содержания O2 в атмосфере, очищают ее от избытка CO2
- Способствуют образованию защитного озонового экрана, поглощающего губительное для жизни ультрафиолетовое излучение
Хемосинтез (греч. chemeia – химия + synthesis — синтез)
Хемосинтез — автотрофный тип питания, который характерен для некоторых микроорганизмов, способных создавать органические вещества из неорганических. Это осуществляется за счет энергии, получаемой при окислении других неорганических соединений (железо- , азото-, серосодержащих веществ).
Хемосинтез был открыт русским микробиологом С.Н. Виноградским в 1888 году. Большинство хемосинтезирующих бактерий относится к аэробам, для жизни им необходим кислород.
При окислении неорганических веществ выделяется энергия, которую организмы запасают в виде энергии химических связей. Так нитрифицирующие бактерии последовательно окисляют аммиак до нитрита, а затем — нитрата. Нитраты могут быть усвоены растениями и служат удобрением.
Читайте также: Типы тканей в листе камелии
Помимо нитрифицирующих бактерий, встречаются:
- Серобактерии — окисляют H2S —> S 0 —> (S +4 O3) 2- —> (S +6 O4) 2-
- Железобактерии — окисляют Fe +2 —>Fe +3
- Водородные бактерии — окисляют H2 —> H +1 2O
- Карбоксидобактерии — окисляют CO до CO2
Значение хемосинтеза
Хемосинтезирующие бактерии являются неотъемлемым звеном круговорота в природе таких элементов как: азот, сера, железо.
Нитрифицирующие бактерии обеспечивают переработку (нейтрализацию) ядовитого вещества — аммиака. Они также обогащают почву нитратами, которые очень важны для нормального роста и развития растений.
Усвоение нитратов происходит за счет клубеньковых бактерий на корнях бобовых растений, однако важно помнить, что клубеньковые (азотфиксирующие) бактерии, в отличие от нитрифицирующих бактерий, питаются гетеротрофно.
© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2022
Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.
Автотрофы и гетеротрофы. Фотосинтез и хемосинтез. Дыхание
Способ питания организма является одной из характеристик, позволяющих разнести живые существа по таксономическим категориям. Конечно, можно шутить на тему, что способ питания определяет сознание, но сегодня на планете существует всего три способа получения жизненной энергии.
Хемотрофысуществуют благодаря своей способности получать энергию в процессе окислительных или восстановительных реакций органических и неорганических веществ. Классическими представителями хемотрофов являются бактерии.
Автотрофыживут благодаря тому, что в процессе эволюции они приспособились самостоятельно получать жизненную энергию, используя для этого солнечный свет и углекислый газ. Типичными примерами автотрофов являются растения и зеленые бактерии. И, естественно, процесс преобразования CO2 и воды под действием солнечных квантов в органические вещества, в большинстве случаев в глюкозу, называется фотосинтезом.
Благодаря своей способности самостоятельно продуцировать необходимую им энергию растения-автотрофы лежат в основе пищевой пирамиды.
Гетеротрофысами энергию не продуцируют, а занимаются тем, что поедают тех, кто это делает. Чтобы выжить, они должны «заправиться» веществами экзогенного происхождения. Их пищеварительная система ориентирована на расщепление полимеров, произведенных другими организмами, до удобоваримых мономеров.
В списке гетеротрофов значатся все животные, грибы, некоторые виды бактерий и отдельные растения. Например, 30 видов хищницы раффлезии, заразиха или петров крест.
Сами гетеротрофы поделены на 2 группы: консументы и редуценты. Консументы только потребляют произведенные автотрофами органические вещества. Редуценты же способны разлагать потребленные органические вещества до уровня неогранических.
Группа консументов поделена на несколько уровней. Например, консументом первого уровня будет антилопа, поедающая зеленую траву, или мышка, объедающая пшеничный колосок. Консументом второго порядка может стать лев, поужинавший антилопой, или сова, словившая мышку. Консументом третьего порядка станет гиена, доевшая убитого льва, или рысь, поймавшая сову.
Читайте также: Оссифицирующая гематома мягких тканей
Редуцентами являются грибы и бактерии гниения. Их задача – разложить остатки живых существ до уровня простых органических или неогранических соединений, пригодных для употребления автотрофами и хемотрофами.
Отличие хемотрофов и автотрофов от гетеротрофов заключается в следующем:
1. Главное отличие хемотрофов и автотрофов от гетеротрофов заключается в способности или неспособности производства жизненной энергии. Первая пара делает это самостоятельно, используя энергию Солнца или химические реакции.
2. Хемотрофы и автотрофы теоретически могут существовать без гетеротрофов, последние же без чужой жизненной энергии не проживут.
3. Хемтрофы имеют самый примитивный уровень организации и микроскопические размеры. Большинство гетеротрофов, за исключением грибов и пары десятков видов растений, имеют самую сложную организацию и являются вершиной пищевой пирамиды.
Автотрофы. Гетеротрофы. Фотосинтез и дыхание
Автотрофы – живые организмы, которые способны синтезировать органическое вещество из неорганических составляющих с использованием внешних источников энергии. Эти экосистемы сами снабжают себя органическим веществом. (фотосинтез растений и сине-зеленых водорослей, хемосинтез бактерий)
Гетеротрофы – потребители, используют вещества, накопленные продуцентами. (потребляют готовое органическое вещество – животные, насекомые, грибы, микроорганизмы).
– консументы (потребители). Питаются за счет организма хозяина
– симбиотрофы (грибы). Питаются корневыми вытяжками растений
– редуценты. Питаются мертвым органическим веществом.
§ сапротрофы (некрофаги) питаются трупами
§ биоредуценты (микроорганизмы, разлагающие органическое вещество до минеральных соединений)
Листья растений осуществляют три важных процесса – фотосинтез, испарение воды и газообмен. В процессе Ф. из воды и CO2 под действием солнечных лучей синтезируются органические вещества. Днем, в р-те Ф. и дыхания, растение выделяет O2 и CO2, а ночью – только CO2, образующийся при дыхании. Больш. раст. способно синт. хлорофилл. Необходимая для Ф. световая энергия в известных пределах поглощается (1%) в красной области спектра. В хлоропластах вместе с хлорофиллом имеются пигменты каротин и ксантофилл. Оба этих пигмента поглощают синие и, отчасти, зеленые лучи и пропускают красные и желтые. Вып. роль экранов, защищающих хлорофилл от разруш. действия синих лучей. Процесс фотосинтеза слагается из целого ряда последовательных реакций, часть которых протекает с поглощением световой энергии, а часть – в темноте. Устойчивыми окончательными продуктами фотосинтеза являются углеводы (сахара, а затем крахмал), органические кислоты, аминокислоты, белки. Интенсивность также зависит от фазы развития растения. Применение изотопного метода анализа показало, что кислород, возвращающийся в атм. ( 16 О) принадл. H2O, а не CO2, в котором преобладает другой его изотоп — 15 О.
2. Созд. разности пот. на мембране (e — и H + ) à эл. поле à молекула АДФ проходит через канал фермента в мембране и синт. в АТФ; 3. Образование H из (e — и H + ).
- Свежие записи
- Балкон в многоквартирном доме: является ли он общедомовым имуществом?
- Штраф за остекление балкона в 2022: что это и как избежать наказания
- Штраф за мусор с балкона: сколько заплатить за выбрасывание окурков
- Оформление балконного окна: выбираем шторы из органзы
- Как выбрать идеальные шторы для маленькой кухни с балконом