Хемосинтез как биохимический процесс
Все живые организмы, как нам известно, по способу получения энергии делятся на автотрофные и гетеротрофные. Автотрофные организмы обладают способностью синтезировать органические соединения из неорганических. Используют они для этого различные источники энергии. Большинство автотрофных организмов принадлежит к фотосинтетикам. Это группа организмов, способных использовать энергию солнечного света для обеспечения процессов биосинтеза.
Но существует еще группа организмов, которые дл обеспечения реакций синтеза используют энергию, которая освобождается во время окисления органических соединений. Эту группу живых организмов называют хемотрофами или хемосинтетиками. Что же такое хемосинтез?
Хемосинтез – это тип питания, во время которого органические соединения синтезируются из неорганических с использованием энергии химических реакций.
Организмы, которым свойственен хемосинтез
Что же это за организмы, тип питания которых для нас так непривычен? Процесс хемосинтеза в живых организмах изучался давно. Честь открытия этого процесса принадлежит российскому микробиологу С. Н. Виноградскому. Именно он открыл процесс хемосинтеза в $1887$ году. К хемосинтетикам принадлежат некоторые группы бактерий: нитрифицирующие, железобактерии, бесцветные серобактерии и др.
Нитрифицирующие бактерии в ходе биохимических реакций последовательно окисляют аммиак до нитритов, а позже – до нитратов, серобактерии - сероводород и другие соединения серы до серной кислоты. Железобактерии получают энергию за счет окисления соединений двухвалентного железа до трехвалентного.
Хемосинтетики играют важную роль в процессах превращения химических элементов в биогеохимическом круговороте веществ. При этом большинство процессов превращения химических элементов в биосфере происходит только с участием живых организмов.
Механизм хемосинтеза
Рассмотрим механизм хемосинтеза детальнее. Бактерии, не имеющие хлорофилла, оказались тоже способными к автотрофному типу питания. Способ, с помощью которого они получают энергию для своих реакций синтеза, принципиально иной, чем у растительных клеток. Как уже упоминалось выше, этот тип обмена открыл и описал российский ученый С. Н. Виноградский в $1887$ году.
Бактерии для синтеза используют энергию химических реакций. Они имеют специальный ферментный аппарат, который дает им возможность превращать энергию химических реакций в химическую энергию соединений, которые синтезируются.
Из хемосинтетиков очень важны азотофиксирующие и нитрифицирующие бактерии. Они живут в почве и осуществляют окисление аммиака, образующегося при гниении органических остатков до азотной кислоты. Последняя, вступая в реакцию с минеральными соединениями почвы, превращается в соли азотной кислоты. Этот процесс происходит в две фазы. Вначале происходит окисление аммиака до азотистой кислоты.
$2NH_3 + 3O_2 → 2HNO_2 + 2H_2O + 158$ ккал
Затем азотистая кислота превращается в азотную.
$2HNO_2 + O2 → 2HNO_3 + 38$ ккал
У серобактерий происходит окисление сероводорода.
$2H_2S + O2 → 2H_2O + 2S$
При определенных условиях (недостатке сероводорода) образованная сера окисляется до серной кислоты.
$2S + 3_O2 + 2H_2O → 2H_2SO_4 + 115$ ккал
Под воздействием железобактерий происходит преобразование закиси железа в окись железа.
$4FeCO_3 + O_2 + 6H_2O → 4Fe(OH)_3 + 4CO_2 + 81$ ккал
Как мы видим из уравнений химических реакций, хемосинтетики являются типичными автотрофами, самостоятельно синтезирующими необходимые органические вещества из неорганических соединений с использованием энергии, освобождающейся в ходе окислительных процессов.
