хемосинтезирующие бактерии относят к первичным продуцентам так как они
Роль хемосинтезирующих бактерий на Земле
Хемосинтез: уникальный процесс питания бактерий
Хемосинтез — это процесс синтеза органических соединений за счет химической энергии неорганических соединений.
Данный процесс был открыт выдающимся русским ученым С.Н. Виноградским в 1887 году. К группе хемосинтетиков (хемотрофов) относятся в основном бактерии: нитрифицирующие, серобактерии, железобактерии и др. Они используют энергию окисления соединений азота, серы, ионов железа соотвественно. При этом донором электронов выступает не вода, а другие неорганические вещества.
Так, нитрифицирующие бактерии окисляют образованный из атмосферного азота азотфиксирующими бактериями аммиак до нитритов и нитратов:
2NH3 +302 → 2HNO2 + 2Н20 + 663 кДж,
2HN02 + 02 →2HN03 + 192 кДж.
Серобактерии окисляют сероводород до серы, а в некоторых случаях и до серной кислоты:
H2S + 02 → 2Н20 + 2S + 272 кДж,
2S + 302 + Н20 → H2S04 + 483 кДж.
Железобактерии окисляют соли железа:
4FeC03 + 02 + 6Н20 →4Fe(OH)3 + 4С02 + 324 кДж.
Водородные бактерии способны окислять молекулярный водород:
2Н2 + 02 → 2Н20 + 235 кДж.
Источником углерода для синтеза органических соединений у всех автотрофных бактерий выступает углекислый газ.
Хемосинтезирующие бактерии наиболее значительную роль играют в биогеохимических циклах химических элементов в биосфере, так как в процессе их жизнедеятельности образовались залежи многих полезных ископаемых. Кроме того, они являются источниками органического вещества на планете, т. е. продуцентами, а также делают доступным и для растений, и для других организмов целый ряд неорганических веществ.
Хемосинтез, примеры хемосинтетических бактерий
Другой группой автотрофных организмов являются хемосинтезирующие бактерии, которые в качестве источника энергии для синтеза органических соединений из неорганических используют энергию ОВР.
Хемосинтез открыл в 1889–1890 гг. русский микробиолог С. Н. Виноградский.
Суть процесса заключается в том, что хемосинтезирующие бактерии окисляют различные неорганические вещества (водород, сероводород, аммиак, оксид железа и др.), а энергия, выделившаяся при этом, запасается в форме АТФ.
Примеры хемосинтезирующих бактерий:
Энергию, необходимую для синтеза органических веществ они извлекают, окисляя сероводород:
2H2S + O2 → 2H2O + 2S +E↑
2S + 3O2 + 2H2O → 2H2SО4 +E↑
Они окисляют аммиак и азотистую кислоту до азотной кислоты.
Бактерии, которые окисляют аммиак, выделяющийся при гниении белков, до азотистой кислоты называются нитросомонас:
2NH3+ 3O2 → 2HNO2 + 2H2O+E↑
Этот процесс имеет большое значение для образования железных руд.
Хемосинтетические бактерии играют важную роль в круговороте веществ в биосфере.
Азотфиксирующие бактерии единственные организмы на Земле, которые усваивают свободный азот атмосферы и вовлекают его в круговорот веществ. Примером таких бактерий являются клубеньковые бактерии, поселяющиеся в клубеньках на корнях бобовых растений. В круговороте азота также большое значение имеют нитрифицирующие бактерии. Бактерии, окисляющие соединения железа и марганца, имеют значение для отложения железных и марганцевых руд.
Хемосинтез — древнейший тип автотрофного питания, который в процессе эволюции мог появиться раньше фотосинтеза. В отличие от фотосинтеза при хемосинтезе первичным источником энергии является не солнечный свет, а химические реакции окисления веществ, обычно неорганических.
Хемосинтез наблюдается только у ряда прокариот.
Многие хемосинтетики обитают в недоступных для других организмов местах: на огромных глубинах, в бескислородных условиях.
Хемосинтез в каком-то смысле уникальное явление. Хемосинтезирующие организмы не зависят от энергии солнечного света ни напрямую как растения, ни косвенно как животные. Исключением являются бактерии, окисляющие аммиак, т. к. последний выделяется в результате гниения органики.
Сходство хемосинтеза с фотосинтезом:
Хемосинтетики получают энергию при окислении серы, сероводорода, водорода, железа, марганца, аммиака, нитрита и др.
Как видно, используются неорганические вещества.
В зависимости от окисляемого субстрата для получения энергии хемосинтетиков делят на группы: железобактерии, серобактерии, метанообразующие археи, нитрифицирующие бактерии и др.
У аэробных хемосинтезирующих организмов акцептором электронов и водорода служит кислород, т. е. он выступает в роли окислителя.
Хемотрофы играют важную роль в круговороте веществ, особенно азота, поддерживают плодородие почв.
Железобактерии
Представители железобактерий: нитчатые и железоокисляющие лептотриксы, сферотиллюсы, галлионеллы, металлогениумы.
Распространены в пресных и морских водоемах. Образуют отложения железных руд.
Окисляют двухвалентное железо до трехвалентного:
4FeCO3 + O2 + 6H2O → Fe(OH)3 + 4CO2 + E (энергия)
Кроме энергии в этой реакции получается углекислый газ, который связывается в органические вещества.
Кроме бактерий окисляющих железо, существуют бактерии окисляющие марганец.
Серобактерии
Серобактерии также называются тиобактериями.
Это достаточно разнообразная группа микроорганизмов. Есть представители получающие энергию как от солнца (фототрофы), так и путем окисления соединений с восстановленной серой – пурпурные и зеленые серобактерии, некоторые цианеи.
2S + 3O2 + 2H2O → 2H2SO4 + E
В анаэробных условиях в качестве акцептора водорода используют нитрат.
Бесцветные серобактерии (беггиаты, тиотриксы, ахроматиумы, макромонасы, акваспириллюмы) обитают в содержащих сероводород водоемах.
Они 100%-ые хемосинтетики. Окисляют сероводород:
2H2S + O2 → 2H2O + 2S + E
Образующаяся в результате реакции сера накапливается в бактериях или выделяется в окружающую среду в виде хлопьев.
Энергетический и пластический обмен, их взаимосвязь
Если сероводорода недостаточно, что эта сера может также окисляться (до серной кислоты, см. реакцию выше).
Вместо сероводорода могут также окисляться сульфиды и др.
Нитрифицирующие бактерии
Типичные представители: азотобактер, нитрозомонас, нитрозоспира.
Нитрифицирующие бактерии обитают в почве и водоемах.
Энергию получают за счет окисления аммиака и азотистой кислоты, поэтому играют важную роль в круговороте азота.
Аммиак образуется при гниении белков. Окисление бактериями аммиака приводит к образованию азотистой кислоты:
2NH3 + 3O2 → HNO2 + 2H2O + E
Другая группа бактерий окисляет азотистую кислоту до азотной:
2HNO2 + O2 → 2HNO3 + E
Две реакции не равноценны по выделению энернгии.
Если при окислении аммиака выделяется более 600 кДж, то при окислении азотистой кислоты – только около 150 кДж.
Азотная кислота в почве образует соли — нитраты, которые обеспечивают плодородие почвы.
Водородные бактерии
В основном распространены в почве. Окисляют водород, образующийся при анаэробном разложении органики микроорганизмами.
Данная реакция катализируется ферментом гидрогеназой.
Метанобразующие археи и бактерии
Типичные представители: метанобактерии, метаносарцины, метанококки.
Археи строгие анаэробы, обитают в бескислородной среде.
Хемосинтез идет без участия кислорода.
Чаще всего восстанавливают углекислый газ до метана водородом:
CO2 + 4H2 → CH4 + 2H2O + E
Особенности хемосинтезирующих бактерий
Выполнили: Гуляев Иван; Дружинин Михаил Руководитель: Агапова У.В., учитель биологии
Хемосинтез — тип питания многих прокариотов, основанный на усвоение углекислого газа за счет процессов окисления неорганических соединений.
На земной поверхности молекулярный водород, да еще вместе с кислородом, встречается редко. Именно поэтому распространение хемосинтезирующих бактерий в природе весьма ограничено.
Тионовые бактерии — серобактерии, получающие энергию за счёт окисления серы и её восстановленных неорганических соединений (сероводорода, тиосульфата и др.).
Это мелкие, палочковидные, в большинстве подвижные грамотрицательные бактерии. Строгие аэробы, за исключением нескольких видов, которые могут развиваться и в анаэробных условиях.
Тионовые бактерии широко распространены в водоёмах, почве, рудных месторождениях. Участвуют в круговороте серы и многих других элементов.
С их жизнедеятельностью связано бактериальное выщелачивание металлов из руд, концентратов и горных пород, аэробная коррозия металлов, разрушение бетонных сооружений и т. д.
Присутствуют в разных почвах и во многих водоёмах, способны расти за счёт окисления водорода в аэробных условиях, и используют образующуюся при этом энергию для усвоения углерода.
К ним относятся представители более 30 систематических групп.
Хемосинтезирующие бактерии
В последнее время активно используются в биотехнологии для получения кормового белка, ряда полисахаридов и некоторых аминокислот.
Железобактерии — бактерии, способные окислять двухвалентное железо до трёхвалентного и использовать освобождающуюся при этом энергию на усвоение углерода из углекислого газа или карбонатов.
Железобактерии находятся повсюду: в подземных и поверхностных водах, в колодцах и родниках. Ржавая масса на дне и берегах ручьев также образована железобактериями.
помогите с биологией
23.При нарушении пластического обмена прекращается снабжение клетки:
1)белками
2)молекулами АТФ
3)энергией
4) кислородом
24.В растительные клетки в отличие от клеток животных в процессе обмена веществ из окружающей среды поступают:
1)белки
2) углекислый газ
3) углеводы
4)липиды
1)строения организмов
2) жизнедеятельности организмов
3)размножения организмов
4) генетической информации
27.Реакции окисления органических веществ в клетке, сопровождаемые синтезом молекул АТФ за счет освобождаемой энергии, называют:
1) энергетическим обменом
2) пластическим обменом
3) фотосинтезом
4)хемосинтезом
28.Какой из перечисленных ниже процессов характерен для всех живых организмов?
1) хемосинтез
2) обмен веществ и превращение энергии
3) фотосинтез
4) спиртовое брожение
29.Эукариоты с автотрофным способом питания относятся к царству:
1)животных
2)растений
3)бактерий
4) грибов
30.Источником углерода, используемого растениями в процессе фотосинтеза, является:
1) углекислый газ
2) глюкоза
3) рибоза
4)крахмал
31.Однозначность генетического кода проявляется в том, что каждый триплет кодирует:
1) несколько аминокислот
2) не более двух аминокислот
3) три аминокислоты
4) одну аминокислоту
32.В ядре информация о последовательности аминокислот в молекуле белка с молекулы ДНК переписывается на молекулу:
1)глюкозы
2) т-РНК
3) и-РНК
4) АТФ
1) геотропизма
2) фототропизма
3)гидротропизма
4)хемотропизм
34.Вещества, содержащие азот, образуются при биологическом окислении:
1) белков
2) жиров
3) углеводов
4)глицерина
35.К организмам с автотрофным типом питания относятся:
1) высшие растения
2) животные
3)грибы
4)болезнетворные бактерии
36.Значение энергетического обмена в клеточном метаболизме состоит в том, что он обеспечивает реакции синтеза:
1) энергией заключенной в молекулах АТФ
2) органическими веществами
3)ферментами
4)минеральными веществами
37.Хемосинтезирующие бактерии относят к первичным продуцентам, так как они:
1) аккумулируют энергию окисления неорганических веществ
2) запасают солнечную энергию
3) синтезируют неорганические вещества
4) питаются готовыми органическими веществами
38.На каком из этапов энергетического обмена синтезируется 2 молекулы АТФ?
1) гликолиза
2) подготовительного этапа
3)кислородного этапа
4)поступления вещества в клетку
39.Организмы, питающиеся готовыми органическими веществами, называют:
1) автотрофами
2)гетеротрофами
3)хемотрофами
4)фототрофами
40.В бескислородной стадии энергетического обмена расщепляются молекулы:
1)глюкозы до пировиноградной кислоты
2)белка до аминокислот
3) крахмала до глюкозы
4)пировиноградной кислоты до углекислого газа и воды
41.Высокий уровень обмена веществ позволяет птицам:
1)расходовать во время полета много энергии
2)строить гнезда для птенцов
3)жить в разных природных зонах
4)питаться растительной и животной пищей
Хемосинтезирующие бактерии относят к первичным продуцентам так как они
Установите соответствие между ролью функциональных групп в биогеоценозе и функциональными группами.
| РОЛЬ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ГРУПП | ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ГРУППЫ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ЕГЭ | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Кодификатор | 2.2;2.5; 3.1; 3.9; 4.2; 5.6; 7.2 | |||||||||||||||||||||||||||||
| № задания | 1, 4, 5, 9, 10, 22, 24, 25 | |||||||||||||||||||||||||||||
| Что нужно знать? | Многообразие клеток. Прокариоты и эукариоты. Сравнительная характеристика клеток растений, животных, бактерий, грибов. Роль хемосинтезирующих бактерий на Земле. Разнообразие организмов: одноклеточные и многоклеточные; автотрофы, гетеротрофы, аэробы, анаэробы. Биотехнология, ее направления. Царство бактерий, строение, жизнедеятельность, размножение, роль в природе. Бактерии – возбудители заболеваний растений, животных, человека. Профилактика заболеваний, вызываемых бактериями. Профилактика инфекционных заболеваний. Экосистема (биогеоценоз), ее компоненты: продуценты, консументы, редуценты, их роль. Бактерии обнаружены везде: в капле даже самой чистой родниковой воды, в крупинках почвы, в воздухе, на скалах, в полярных снегах, песках пустынь, на дне океана, в добытой с огромной глубины нефти и даже в воде горячих источников с температурой около 80ºС. Обитают они на растениях, плодах, у различных животных и у человека в кишечнике, ротовой полости, на конечностях, на поверхности тела. | |||||||||||||||||||||||||||||
| Бесполое | Бинарное деление | |||||||||||||||||||||||||||||
| Структуры клетки | Функция |
|---|---|
| Хромосомы | Хранение и передача наследственной информации клетки и организма |
| Биологическое окисление |
ФУНКЦИИ КЛЕТОЧНЫХ СТРУКТУР:
Клеточная стенка – обеспечивает прочность клетки, поддерживает форму клетки, защищает.
Наружная клеточная мембрана – ограничивает содержимое клетки от окружающей среды, обеспечивает избирательную проницаемость, обмен с внешней средой.
Эндоплазматическая сеть (ЭПС) – делит клетку на отсеки (компартменты), синтез органических веществ (шероховатая ЭПС – белки, гладкая ЭПС – липиды), транспорт веществ в клетке.
Аппарат Гольджи – модификация и упаковка веществ, транспорт веществ из клетки, образование первичных лизосом.
Лизосомы – расщепление высокомолекулярных веществ, внутриклеточное переваривание.
Рибосомы – биосинтез белка (сборка полипептидной цепи из аминокислот).
Митохондрии – окисление органических веществ (биологическое окисление), синтез АТФ (окислительное фосфорилирование).
Хлоропласты – фотосинтез (синтез углеводов).
Хромопласты – придают желтую, оранжевую, красную окраску цветам, плодам, осенним листьям.
Лейкопласты – запасают питательные вещества (амилопласты запасают крахмал).
Клеточный центр – участвует в деление клетки, образует веретено деление.
Центральная вакуоль – поддерживает осмотическое давление растительной клетки, накапливает питательные вещества и продукты жизнедеятельности.
Ядро – регулирует процессы в клетке, хранение, реализация и передача потомкам наследственной информации, репликация ДНК и синтез РНК.
Хромосомы – главный компонент ядра, хранение и передача наследственной информации клетки и организма.
Ядрышко – место образования рибосом.
Реснички – обеспечивают движение клетки у одноклеточных, а также движение слизи по поверхности мерцательного эпителия.
Жгутики – обеспечивают движение клетки.
Биологическое окисление, которое происходит в процессе энергетического обмена в эукариотической клетке, обеспечивает митохондрия.
| Структуры клетки | Функция |
|---|---|
| Хромосомы | Хранение и передача наследственной информации клетки и организма |
| МИТОХОНДРИИ | Биологическое окисление |
Ответ: МИТОХОНДРИИ, или митохондрия
Рассмотрите таблицу «Структуры клетки» и заполните пустую ячейку, вписав соответствующий термин.
| Структуры клетки | Функция |
|---|---|
| Сборка полипептидной цепи | |
| Митохондрия | Биологическое окисление |
ФУНКЦИИ КЛЕТОЧНЫХ СТРУКТУР:
Клеточная стенка – обеспечивает прочность клетки, поддерживает форму клетки, защищает.
Наружная клеточная мембрана – ограничивает содержимое клетки от окружающей среды, обеспечивает избирательную проницаемость, обмен с внешней средой.
Эндоплазматическая сеть (ЭПС) – делит клетку на отсеки (компартменты), синтез органических веществ (шероховатая ЭПС – белки, гладкая ЭПС – липиды), транспорт веществ в клетке.
Аппарат Гольджи – модификация и упаковка веществ, транспорт веществ из клетки, образование первичных лизосом.
Лизосомы – расщепление высокомолекулярных веществ, внутриклеточное переваривание.
Рибосомы – биосинтез белка (сборка полипептидной цепи из аминокислот).
Митохондрии – окисление органических веществ (биологическое окисление), синтез АТФ (окислительное фосфорилирование).
Хлоропласты – фотосинтез (синтез углеводов).
Хромопласты – придают желтую, оранжевую, красную окраску цветам, плодам, осенним листьям.
Лейкопласты – запасают питательные вещества (амилопласты запасают крахмал).
Клеточный центр – участвует в деление клетки, образует веретено деление.
Центральная вакуоль – поддерживает осмотическое давление растительной клетки, накапливает питательные вещества и продукты жизнедеятельности.
Ядро – регулирует процессы в клетке, хранение, реализация и передача потомкам наследственной информации, репликация ДНК и синтез РНК.
Хромосомы – главный компонент ядра, хранение и передача наследственной информации клетки и организма.
Ядрышко – место образования рибосом.
Реснички – обеспечивают движение клетки у одноклеточных, а также движение слизи по поверхности мерцательного эпителия.
Жгутики – обеспечивают движение клетки.
Сборку полипептидной цепи из аминокислот (биосинтез белка) обеспечивают рибосомы.
| Структуры клетки | Функция |
|---|---|
| РИБОСОМА | Сборка полипептидной цепи |
| Митохондрия | Биологическое окисление |
Ответ: РИБОСОМА, или рибосомы
Все перечисленные ниже понятия, кроме двух, используют для описания пластического обмена веществ в клетке. Определите два понятия, «выпадающие» из общего списка, и запишите в таблицу цифры, под которыми они указаны
МЕТАБОЛИЗМ – совокупность всех (расщепления и синтеза) биохимических реакций клетки.
Энергетический обмен – совокупность процессов, сопровождающихся расщеплением органических веществ с выделением энергии, запасаемой в молекулах АТФ (расщепление, диссимиляция, катаболизм, гидролиз, гликолиз, окисление, клеточное дыхание, окислительное фосфорилирование, синтез АТФ).
Пластический обмен – совокупность биохимических реакций, связанных с синтезом органических веществ (кроме АТФ), происходит с затратой энергии АТФ (ассимиляция, анаболизм, синтез белков (трансляция), углеводов, липидов, нуклеиновых кислот (синтез ДНК – репликация, синтез РНК – транскрипция), фотосинтез, хемосинтез, расщепление АТФ).
(1) гликолиз — признак выпадает (расщепление глюкоза, происходит на бескислородном этапе энергетического обмена);
(2) транскрипция — пластический обмен (синтез РНК);
(3) трансляция — пластический обмен (синтез белка);
(4) репликация — пластический обмен (синтез ДНК);
(5) диссимиляция — признак выпадает (термин означает расщепление, происходящее в энергетическом обмене).
Установите соответствие между организмами и функциональными группами в экосистемах, к которым их относят: к каждой позиции из левого столбца подберите соответствующую позицию из правого столбца.
В) русская выхухоль
Г) сурепка обыкновенная
Д) косуля европейская
Запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.
1) консументы: В) русская выхухоль; Д) косуля европейская
2) продуценты: А) ежа сборная; Б) пастушья сумка; Г) сурепка обыкновенная
ПРОДУЦЕНТЫ создают с помощью фотосинтеза (процесс сопровождается выделением кислорода) или хемосинтеза органические вещества из неорганических. К продуцентам относят – растения, фото- и хемосинтезирующие бактерии.
КОНСУМЕНТЫ потребляют готовые органические вещества, созданные продуцентами. Различают консументов 1-го (растительноядные животные), 2-го (плотоядные животные, потребляющие растительноядных животных), З-го (плотоядные животные, потребляющие консументов 2-го порядка) и более высоких порядков.
Все перечисленные ниже термины, кроме двух, используют для описания строения хлоропласта. Определите два признака, «выпадающих» из общего списка, и запишите в таблицу цифры, под которыми они указаны.
1) двумембранные органоиды;
2) внутренняя мембрана образует полости – тилакоиды, которые объединены в стопки – граны, граны соединены друг с другом пластинками – ламеллами;
3) содержат пигменты хлорофилл и каротиноиды;
4) внутри (между гранами) находится строма;
5) строма содержит: кольцевую молекулу ДНК, рибосомы 70s, все виды РНК, ферменты;
6) образуются путем деления.
1) фотосинтез (синтез глюкозы из углекислого газа и воды с использованием солнечной энергии);
2) временное хранилище запасов крахмала;
3) синтез некоторых собственных белков.
(1) граны – признак хлоропласта;
(2) линейная ДНК – признак выпадает (в хлоропласте – кольцевая ДНК);
(3) рибосомы – признак хлоропласта;
(4) строма – признак хлоропласта;
(5) матрикс – признак выпадает (матрикс – в митохондриях).
Установите соответствие между организмами и экологическими ролями, которые эти организмы имеют в экосистемах: к каждой позиции, данной в первом столбце, подберите соответствующую позицию из второго столбца.
| ОРГАНИЗМ | ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ | ||
| ОРГАНИЗМ | ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ |
| ОРГАНИЗМ | РОЛЬ В ЭКОСИСТЕМАХ |