Пластический обмен. Фотосинтез. Хемосинтез. Биосинтез белка - Клеточная теория - ОБЩАЯ БИОЛОГИЯ - ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ К ЕГЭ

Автотрофные организмы (гр. аутус — сам и трофе — питание) — это организмы, синтезирующие органику из неорганических веществ за счет энергии солнечной радиации (фотосинтез; фототрофы) или за счет энергии окисления неорганических соединений (хемосинтез; хемотрофы). К автотрофам относятся все зеленые растения и некоторые бактерии (пурпурные и зеленые, содержащие бактерио- хлорофилл), к хемотрофам — нитрифицирующие бактерии, серо- и железобактеры и др.

Гетеротрофные организмы (гр. гетерос — другой, трофе — питание) — это организмы, питающиеся готовыми органическими соединениями. К ним относятся сапротрофы — организмы, питающиеся мертвой органикой, и паразиты — питающиеся живой органикой. К сапротрофам относится большинство животных, человек, бактерии гниения и брожения, грибы. К паразитам — некоторые простейшие, паразитические черви, клещи, болезнетворные бактерии и т. д.

Фотосинтез — это процесс синтеза органических веществ из неорганических за счет энергии света. Фотосинтез в растительных клетках идет в хлоропластах. Его суммарная формула:

Световая фаза фотосинтеза идет только на свету: квант света выбивает электрон из молекулы хлорофилла, лежащей в мембране тилакоида; выбитый электрон либо возвращается обратно, либо попадает на цепь окисляющих друг друга ферментов. Цепь ферментов передает электрон на внешнюю сторону мембраны тилакоида к переносчику электронов. Мембрана заряжается отрицательно с наружной стороны.

Положительно заряженная молекула хлорофилла, лежащая в центре мембраны, окисляет ферменты, содержащие ионы марганца, лежащие на внутренней стороне мембраны. Эти ферменты участвуют в реакциях фотолиза воды, в результате которых образуется Н+; протоны водорода выбрасываются на внутреннюю поверхность мембраны тилакоида и на этой поверхности появляется положительный заряд. Когда разность потенциалов на мембране тилакоида достигает 200 мВ, через канал АТФ-синтетазы начинают проскакивать протоны. Синтезируется АТФ.

В темновую фазу из СО2 и атомарного водорода, связанного с переносчиками, синтезируется глюкоза за счет энергии АТФ. СО2 связывается с помощью фермента с рибулезодифосфатом, который превращается после этого в трехуглеродный сахар.

Синтез глюкозы идет в строме хлоропластов на ферментных системах. Суммарная реакция темновой стадии:

Фотосинтез очень продуктивен, но хлоропласты листа захватывают для участия в этом процессе всего 1 квант света из 10 тыс. Тем не менее этого достаточно для того, чтобы зеленое растение могло синтезировать 1 г глюкозы в час с поверхности листьев площадью 1 м2.

Хемосинтез. Многие виды бактерий, способные синтезировать необходимые им органические соединения из неорганических за счет энергии химических реакций окисления, происходящих в клетке, относятся к хемотрофам. Захватываемые бактерией вещества окисляются, а образующаяся энергия используется для синтеза сложных органических молекул из СО2 и Н2О. Этот процесс носит название хемосинтеза.

Важнейшую группу хемосинтезирующих организмов представляют собой нитрифицирующие бактерии. Исследуя их, С. Н. Виноградский в 1887 г. открыл процесс хемосинтеза.

Эти бактерии, обитая в почве, окисляют аммиак, образующийся при гниении органических остатков, до азотистой кислоты:

Затем бактерии других видов этой группы окисляют азотистую кислоту до азотной:

Взаимодействуя с минеральными веществами почвы, азотистая и азотная кислоты образуют соли, которые являются важнейшими компонентами минерального питания высших растений.

Под действием других видов бактерий в почве происходит образование фосфатов, также используемых высшими растениями.