Хемоавтотрофы

Бактерии хемотрофные

Бактерии и актиномицеты условно могут быть отнесены к растениям, хотя, может быть, не имеют прямых родственных связен с другими растениями. Огромное большинство бактерий — гетеротрофные организмы. Лишь немногие из них хемотрофны. Они синтезируют органическое вещество за счет химической энергии, освобождающейся при окислении в их теле неорганических соединений. Среди бактерий преобладают одноклеточные, но есть и нитчатые многоклеточные. Бактерии способны к очень быстрому размножению делением. Внутри клетки некоторых бактерий, особенно палочковидных, образуется спора, которая высвобождается после разрушения оболочки бактерии и, имея собственную защитную оболочку, сохраняет жизнеспособность даже в крайне неблагоприятных условиях температуры и влажности. Споры лучше переносят очень низкие температуры, нежели высокие. В их клетках содержится ядерный материал, (рис. 4); они способны к конъюгации.

Хемотрофы — автотрофные организмы, использующие для биосинтеза энергию химических реакций окисления неорганических соединений (хемотрофные бактерии: водородные, нитрифицирующие, железобактерии, серобактерии и др.). См. Автотрофы.

Важную роль в развитии научной микробиологии сыграли работы акад. Н. Ф. Гамалея по открытию особой группы микроорганизмов — бактериофагов, изучению изменчивости микроорганизмов. Основы учения о хемотрофном типе питания микроорганизмов были заложены С. Н. Виноградским. Он изучал жизнедеятельность микроорганизмов — хемотрофов, развивающихся в почве (железо-, серобактерий). Им был изучен процесс усвоения азота бактериями. В формировании микологии — науки о грибах — большое значение приобрели работы Л. С. Ценковского, изучавшего низшие грибы и водоросли. В. Л. Омелянский изучал жизнедеятельность микроорганизмов почвы и выполнил ряд исследований по изучению механизма разложения целлюлозы.

Культивирование микроорганизмов производилось в воде, содержащей ионы меди и цинка. Концентрация меди в исходных растворах составляла 0,0437 мг/дм3 и 0,0075 мг/дм3, цинка- 0,0682 мг/дм3 и 0,003 мг/дм3. Измерение оптической плотности клеточной суспензии показало прирост биомассы в среднем на 34,3 %. Это является косвенным свидетельством активной жизнедеятельности бактерий и их хемотрофной активности по отношению к тяжелым металлам.

Автотрофное питание фотосинтез и хемосинтез.

Автотрофы
— живые организмы, синтезирующие
органические соединения из неорганических.

Фотосинтез
– процесс образования органических
веществ из углекислого газа и воды на
свету при участии фотосинтетических
пигментов (хлорофилл у растений,
бактериохлорофилл и бактериородопсин
у бактерий).

Хемосинтез
— способ автотрофного питания, при
котором источником энергии для синтеза
органических веществ из CO2 служат реакции
окисления неорганических соединений.
Подобный вариант получения энергии
используется только бактериями или
археями.

Виды
фотосинтеза:

а) оксигенный
(вода – ист. ионов водорода и электронов,
СО2 – ист. углерода, О2 – побочный
продукт).

б) аноксигенный
(без исп. воды, кислород не выделяется).

В обоих
случаях фотосинтез идет на сложно
организованных мембранах, где для
синтеза АТФ используется энергия
трансмембранного электрохимического
градиента ионов водорода (DН+).

Этапы
кислородного (оксигенного) фотосинтеза:

1) Световая
стадия

а)
фотофизический. Происходит поглощение
квантов света пигментами, их переход в
возбуждённое состояние и передача
энергии к другим молекулам фотосистемы.

б)
фотохимический. Происходит разделение
зарядов в реакционном центре, перенос
электронов по фотосинтетической
электронтранспортной цепи, что
заканчивается синтезом АТФ и НАДФН.

2) Темновая
стадия (может идти без света).

а)
химический. биохимические реакции
синтеза органических веществ с
использованием энергии, накопленной
на светозависимой стадии.

Факторы,
влияющие на интенсивность процесса
фотосинтеза:

Свет

Температура

Вода

Минеральное
питание

Бактериальный
фотосинтез во многом отличается от
фотосинтеза у растений.

1. бактерии
   — единственные из фотосинтезирующих
   организмов — не способны использовать
   в качестве конечного восстановителя
   воду. Они используют другие восстановители,
   которыми могут быть органические
   молекулы или неорганические соединения
   серы, и, следовательно, бактерии не
   выделяют кислород.

2. фиксация
   и метаболизм углерода у бактерий
   происходят не в цикле Кальвина, а иным
   путем.

3. аппарат
   первичного улавливания света и переноса
   электронов у них совершенно отличен
   от наблюдающихся в растительных клетках;
   в частности, у них протекает только
   одна световая реакция, правда, она во
   многом сходна с реакцией в фотосистеме
   I растений.

В цитоплазме
этих бактерий, вблизи от плазматической
мембраны, расположены стопки мембран,
в которых находится светопоглощающий
пигмент – бактериохлорофилл.

Фотогетеротрофы

В отличие от фотоавтотрофов, фотогетеротрофы — это организмы, которые используют свет как источник энергии и главным образом органические соединения как источник углерода. Фотогетеротрофы синтезируют АТФ при помощи фотофосфорилирования но не могут фиксировать CO₂ и поэтому используют готовые органические соединения для построения биомолекул. Этот тип питания представлен исключительно среди бактерий и архей. К фотогетеротрофным организмам относятся зелёные несерные бактерии, , галобактерии, гелиобактерии и некоторые цианобактерии, которые способны расти гетеротрофно.

Отдел IV mendosicutes

Микробиология —

Систематика бактерий

К отделу Mendosicutes принадлежат прокариоты, обладающие несовершенной клеточной стенкой, которая не содержит пептидогликана (муреина); клетки имеют форму кокков, палочек и спиралей, а также пирамид, шестилучевой звезды, квадрата, мицелиальных ансамблей и т. д. Некоторые представители окрашиваются по Граму положительно, другие — отрицательно, эндоспор не образуют, многие подвижны.

Большинство бактерий — строгие анаэробы, однако некоторые относятся к аэробам. Обитают в экстремальных условиях внешней среды.

В отдел входит Класс Archeobacteria. К этому классу относятся бактерии (называемые архебактериями), обладающие уникальными физиологическими, биохимическими свойствами и экологией, резко отличающими их от остальных прокариот. В частности, они отличаются от других бактерий составом и первичной’ структурой рибосомальных 16S и 5S р-РНК, а также транспортных РНК; составом мембранных липидов и образованием однослойной липидной мембраны (у всех других бактерий липидные мембраны двухслойные); составом клеточных стенок (они состоят не из муреина, а из других биополимеров — кислых полисахаридов, белков и псевдомуреина); способностью некоторых видов развиваться при температурах выше 100°С и другими признаками. Архебактерии делят на пять групп: метанообразующие, аэробные сероокисляющие, анаэробные серовосстанавливающие, галобактерии и термоацидофильные «микоплазмы».

Группа метанообразующих бактерий представлена рядом родов, в том числе Methanobacterium, Methanococcus, Methanosarcina и др. Эти организмы имеют палочковидные или кокковые клетки, подвижные и неподвижные, грамположительные или грамотрицательные.

Спор не образуют. Строгие анаэробы. Облигатные и факультативные хемолитотрофы и хемоорганотрофы. Энергию получают путем восстановления С02 до метана с использованием Н2 либо путем сбраживания уксусной кислоты и метилового спирта с образованием метана и СО2.

Широко распространены в почвах, илах, желудочно-кишечном ‘тракте животных и т. д.

Группа аэробных сероокисляющих бактерий представлена родом Sulfolobus. Эти бактерии окисляют элементарную серу, используя ее в качестве источника энергии. Факультативные автотрофы. Аэробы.

Термофилы, развиваются при температуре 70—75°С, ацидофилы, оптимум рН≈3.

В группе анаэробных серовосстанавливающих бактерий выделяют роды Thermoproteus, Thermophillum, Desulfurococcus и др. Представители этой группы восстанавливают элементарную серу до H2S.

Строгие анаэробы. Облигатные и факультативные хемолитотрофы и хемоорганотрофы. Экстремальные термофилы — оптимальная температура развития от 85 до 105°С. Распространены в гидротермальных источниках.

К группе галобактерий отнесены роды Halococcus, Halobacterium, «квадратная бактерия» и другие, отличающиеся способностью развиваться на средах с высокими концентрациями NaCl (20— 25%).

Это так называемые экстремальные галофилы. Среди них имеются аэробы и факультативные анаэробы. Участвуют в превращении углерода и азота в засоленных почвах, водоемах и других субстратах.

Группа термоацидофильных «микоплазм» представлена родом Thermoplasma. Это хемоорганотрофы, развивающиеся при высокой температуре (60°С) и низком pH (около 1-2). Аэробы. Обнаружены в Японии в горячих источниках.

Фотоавтотрофы

Большинство фототрофов относятся к автотрофным организмам или фотоавтотрофам, которые могут фиксировать неорганический углерод. Им можно противопоставить хемотрофов, которые получают энергию путём окисления доноров электронов. Фотоавтотрофы способны синтезировать свои собственные продукты питания из неорганических веществ с использованием света в качестве источника энергии и углекислого газа в качестве основного источника углерода. К этой категории относятся зелёные растения, цианобактерии и многие фотосинтезирующие бактерии.

Экология

В экологическом смысле, фототрофы являются источником пищи для гетеротрофных организмов. В наземной среде обитания растения являются наиболее разнообразной и распространённой группой фототрофов, а в водной среде обитает целый ряд фототрофных организмов, таких как водоросли (например, ламинария) и других протистов (эвглены и динофлагелляты) фитопланктон и бактерии (например, цианобактерии). Все эти организмы живут на тех глубинах, куда проникает солнечный свет, в так называемой эвфотической зоне.

Самые распространённые фототрофы на Земле, вне всякого сомнения, — цианобактерии. Они являются прокариотическими организмами, осуществляют оксигенный фотосинтез и освоили огромное количество природных местообитаний, в том числе пресные водоёмы, моря, почвы, а также вступают в симбиоз с грибами (лишайники) и папоротниками. Цианобактерии осуществляют фотосинтез подобно зелёным растениям, поскольку органеллы растений являются фактически производными от эндосимбиоза с сестринской группой цианобактерий.