Біологія. Довідник школяра та абітурієнта
Хемосинтез
Використання світлової енергії — доволі важливий, але не єдиний шлях створення органічної речовини з вуглекислого газу та води.
Відомі бактерії, які джерело енергії для такого синтезу використовують не сонячне світло, а енергію хімічних реакцій, що відбуваються в їхніх клітинах під час окиснення деяких неорганічних речовин: гідроген сульфіду (сірководню), сірки, амоніаку, водню, нітритної кислоти, закисних сполук Феруму та Мангану. Органічні речовини, що утворюються завдяки використанню цієї хімічної енергії, вони використовують для побудови свого тіла. Тому такий процес називають хемосинтезом. Важливу групу хемосинтезувальних мікроорганізмів становлять нітрифікувальні бактерії, вивчаючи які С. М. Виноградський у 1887 р. відкрив процес хемосинтезу. Ці бактерії живуть у ґрунті й окиснюють амоніак, який утворюється під час гниття органічних залишків, до нітратної кислоти. Остання, реагуючи з мінеральними сполуками ґрунту, перетворюється на солі цієї кислоти.
Процес відбувається у два етапи.
1. Окиснення амоніаку до нітритної кислоти:
2NΗ3 + 3О2 = 2ΗNΟ2 + 2Н2О + 653,5 кДж.
2. Окиснення нітритної кислота до нітратної:
2ΗNΟ2 + О2 = 2ΗNΟ3 + 151,1 кДж.
Першу реакцію здійснюють бактерії, що належать до родів Нітрозомонас, Нітрозоцистіс, Нітрозолобус та Нітрозоспіра.
Бактерії другої фази нітрифікації належать до родів Нітробактер, Нітроспіра, Нітрокок.
До хемосинтезуючих організмів належать також сіркобактерії, здатні окиснювати сірководень:
2H2S + О2 = 2Н2О + 2S + 272,1 кДж.
За певних умов (нестача сірководню) утворена сірка окиснюється до сульфатної (сірчаної) кислота:
2S + 3О2 + Н2О = 2H2SO4 + 1107,4 кДж.
Ці реакції здійснюють види бактерій Бежіатоа та Тіотрикс.
Залізобактерії перетворюють закисні сполуки Феруму на окисні:
4FeCO3 + О2 + 6Н2О = 4Fe(OH)3 + 4СО2 + 259,1 кДж.
Утворений ферум(ІІІ) гідрооксид осідає, утворюючи так звану болотну руду, або крицю.
Цю реакцію здійснюють види Кренотрикс, Галіонела та Лептотрикс. Деякі мікроорганізми існують за рахунок окиснення молекулярного водню, забезпечуючи цим автотрофний спосіб живлення. Такі організми належать до водневих бактерій. Асиміляція СО2 в них, як і в інших хемоавтотрофів відбувається переважно за пентозофосфатним відновлювальним циклом (циклом Кальвіна). Характерною особливістю водневих бактерій є здатність переходити на гетеротрофний спосіб живлення за умови наявності органічної речовини та відсутності Н2. Останнім часом водневі бактерії привертають до себе увагу задля отримання харчового та кормового білка, повноцінного за амінокислотним складом, а також регенерації повітря в замкнутих об’ємах.
Таким чином, хемоавтотрофи є типовими автотрофами, оскільки самостійно синтезують з неорганічних речовин необхідні органічні сполуки, а не беруть їх готовими, як гетеротрофи. Від фототрофних рослин хемоавтотрофні бактерії відрізняються повною незалежністю від світла як джерела енергії.
