Какие бактерии хемосинтетики особенно важны для сельского хозяйства кратко

Обновлено: 11.05.2024

Какие бактерии – хемосинтетики особенно важны для сельского хозяйства?

Ответы на вопрос

Наибольшее значение для сельского хозяйства имеют нитрифицирующие бактерии. Нитрифицирующие бактерии окисляют образующиеся при гниении органических остатков аммиак до нитрита, а затем до нитрата.
Нитрифицирующие бактерии относятся к самой распространенной группе хемолитотрофных микроорганизмов в природе, что связано с наличием восстановленных форм азота в различных экосистемах. Наиболее широко распространены аммонийокисляющие бактерии. Нитрифицирующие бактерии развиваются в почвах, рыхлых горных породах, термальных источниках, в морской и пресной воде, в илах.
Нитрифицирующие бактерии послужили фактором образования залежей селитры. Они участвуют в процессах выветривания горных пород и каменных сооружений. Огромную роль играют в процессе почвообразования. Процесс нитрификации происходит в почве в огромных масштабах и служит для растений источником нитратов. Жизнедеятельность бактерий представляет собой один из важнейших факторов плодородия почв.

Первой ступенью пищевой цепочки биосферы являются автотрофы – бактерии, способные перерабатывать неорганические вещества в органические. Среди них фотосинтетики и хемосинтетики. Невозможно представить жизнь без деятельности бактерий-хемосинтетиков, относящихся к этой категории.

Хемосинтетики – кто это?

Бактерии-автотрофы, получающие энергию для синтеза органических соединений за счет окисления неорганики, называют хемосинтетиками или хемолитоавтотрофными формами жизни. Они являются микроорганизмами, для существования и роста которых свет не имеет значения.

Причем полученная в результате окисления энергия не может быть использована напрямую для органического синтеза, а только через АТФ, который является универсальным источником энергии для всех биохимических процессов.

Виды хемолитоавтотрофных организмов

Хемосинтезирующие бактерии-автотрофы подразделяют на группы в зависимости от того, какой химический элемент или соединение является источником энергии и подвергается окислению.

Железобактерии

Бактерии, окисляющие двухвалентное железо до трехвалентного, живут в водоемах – как в пресных, так и в соленых. Именно благодаря деятельности этих бактерий-хемосинтетиков на дне водоемов скапливается большое количество железных руд и марганца.

В процесс окисления автотрофами-хемосинтетитками двухвалентного железа из гидрокарбоната железа (II) образуется гидроксид железа (III) и выделяется углекислый газ.

Так как реакция не особо энергоемкая, бактерии для жизнедеятельности вынуждены окислять значительное количество двухвалентного железа. Железобактериям-хемосинтетикам принадлежит основная роль в круговороте железа в биосфере.

Серобактерии

Серобактерии – это хемосинтетики, способные получать энергию для синтеза органики при окислении соединений серы. Так, например, тиобактерии способны окислять сероводород, сульфиды, полисульфиды, тиосульфаты и другие соединения.

Результатом окислительной реакции этих хемосинтетиков чаще всего являются:

при полном окислении – сульфаты;
при неполном окислении – элементарная сера.

Серобактерии представляют собой целую группу различных прокариотов, куда относятся:

фототрофные – зеленые и пурпурные серобактерии;
нефотосинтезирующие – бесцветные серые бактерии.

Типичной средой обитания этих бактерий-хемосинтетиков считаются пресные и соленые водоемы. Бактерии могут обитать самостоятельно или являться симбионтами моллюсков, морских ежей и других беспозвоночных обитателей пограничной бескислородной зоны.

Учитывая свойство тиобактерий окислять сероводород, хемосинтетики с успехом используются для очистки стоков путем окисления сульфида водорода и других соединений серы до сульфатов. Одним из источников сероводорода является процесс гниения серосодержащих аминокислот. Однако это же свойство окислять соединения серы приводит к коррозийному повреждению и разрушению бетонных конструкций.

Тионовые бактерии

Это серобактерии, обладающие способностью окислять сульфиды, сульфиты и тиосульфаты, а также молекулярную серу до сульфатов.

Процесс имеет сходство с окислением сероводорода серобактериями. Характерная черта – отсутствие отложений внутриклеточной серы.

Представители тионовых бактерий обладают особыми свойствами: они остаются жизнестойкими при рН 2 (сильнокислая среда) и выдерживают присутствие тяжелых металлов в больших концентрациях.

Нитрифицирующие прокариоты

Автотрофной нитрификацией называют процесс окислительного воздействия бактерий-хемосинтетиков на аммиак, выделяющийся в процессе гниения, с получением азотистой или азотной кислот.

Сам процесс нитрификации проходит в 2 стадии:

окисление аммиака с образованием нитрит-иона;
окисление нитрит-иона до нитрат-иона.

Аммиак, который используют нитрифицирующие прокариоты-хемосинтетики, является продуктом гниения останков животных и растений.

Нитрозные и нитритные микроорганизмы

Бактерии принадлежат к различным подклассам протеобактерий. Они все – грамотрицательные хемосинтетики, синтезирующие необходимые органические соединения из углекислого газа. Чаще всего это мелкие и подвижные бактерии, обладающие жгутиками, расположенными или полярно, или перитрихиально.

Гетеротрофная нитрификация

Существует нитрификация бактериями-хемосинтетиками, при которой энергия, выделяющаяся в процессе синтеза, не используется для синтеза органических соединений. Такой процесс осуществляют бактерии-гетеротрофы. Их активность во много раз ниже, чем у бактерий-автотрофов, но именно они являются источниками чилийской селитры и всех процессов нитрификации, проходящих в средах с низким значением рН.

Водородные прокариоты

Бактерии, способные окислять водород и использовать высвобождающуюся энергию для синтеза органики. В большинстве своем обитают в почве.

Значение хемосинтетиков

Автотрофные хемосинтетики предстают частью круговорота таких элементов, как азот, сера, железо и другие.

В процессе жизнедеятельности хемолитоавтотрофные бактерии потребляют токсичные вещества (аммиак, сероводород). Особенно важна способность прокариотов обогащать почву нитратами и нитритами – формой азотистых соединений, пригодных для усвоения растениями.

Работаю врачом ветеринарной медицины. Увлекаюсь бальными танцами, спортом и йогой. В приоритет ставлю личностное развитие и освоение духовных практик. Любимые темы: ветеринария, биология, строительство, ремонт, путешествия. Табу: юриспруденция, политика, IT-технологии и компьютерные игры.

Фотосинтез происходит в две фазы – световую и темновую. Во время световой фазы накапливается энергия, необходимая для синтеза органических веществ, происходящего в темновой фазе.

Рис. 41. Схема фотосинтеза у растений

Световая фаза. Процесс световой фазы фотосинтеза растений включает в себя нециклическое фосфорилирование и фотолиз воды (рис. 41). Реакции происходят на мембранах хлоропластов.

Фотосистема I. Молекулы хлорофилла а_I поглощают свет с длиной волны 700 нм. Электроны, получившие избыток энергии, участвуют в реакции диссоциации воды (Н₂О = Н + + ОН - ). Электроны и ионы водорода реагируют с НАДФ + (никотинамидадениндинуклеотидфосфата):

НАДФ + + 2е + 2Н + = НАДФ · Н + Н + .

Полученное в данной реакции вещество НАДФ · Н играет роль восстановителя в реакциях темновой фазы.

Процесс распада воды до Н + и ОН - , протекающий при участии электронов, имеющих избыток энергии за счёт фотореакций, получил название фотолиза воды.

Фотосистема II. Молекулы хлорофилла а_II поглощают свет с длиной волны 680 нм. Электроны с избыточной энергией по системе цитохромов переносятся на молекулы хлорофилла а_I и занимают пустующие орбитали, которые раньше занимали электроны, связавшиеся с ионами водорода в ходе фотолиза воды. (При прохождении электронов по цепочке цитохромов часть их энергии используется для синтеза АТФ.) В результате возникает нехватка электронов в молекулах хлорофилла а_II. Эта нехватка восполняется электронами гидроксид-анионов (ОН - ), которые образовались в ходе того же фотолиза воды. Отдавая электроны молекулам хлорофилла а_II, эти ионы превращаются в гидроксид-радикалы:

ОН - – e = ОН.

Гидроксид-радикал – это чрезвычайно неустойчивое химическое соединение, поэтому, только образовавшись, оно самопроизвольно превращается в воду и свободный кислород, выделяемый растением во внешнюю среду:

Таким образом, кислород, которым дышит подавляющее большинство живых организмов на Земле, представляет собой побочный продукт фотосинтеза, образующийся вследствие фотолиза воды.

В реакциях световой фазы фотосинтеза накапливается энергия (НАДФ·Н и АТФ), которая тратится в процессах темновой фазы. Синтез АТФ из АДФ за счёт энергии света – очень эффективный процесс: за одно и то же время в хлоропластах образуется в 30 раз больше АТФ, чем в митохондриях.

Темновая фаза. Если световая фаза может протекать только при освещении растения, то реакции темновой фазы протекают независимо от света. Эти реакции осуществляются в строме хлоропластов, куда из тилакоидов поступают богатые энергией вещества: НАДФ·Н и АТФ. Источник углерода – СО₂ – растение получает из воздуха через устьица. В реакциях темновой фазы СО₂ восстанавливается до глюкозы, причём этот процесс протекает с затратами энергии, запасённой в молекулах АТФ и НАДФ·Н. Превращение углекислого газа в глюкозу в ходе темновой фазы фотосинтеза получило название цикла Кальвина, по имени его открывателя.

Суммарные уравнения и частные реакции фотосинтеза представлены в таблице 5.

Продуктивность фотосинтеза весьма высока: за один час на 1 м 2 площади листа синтезируется до 1 г Сахаров; при этом часть энергии выделяется в виде тепла.

В результате фотосинтеза растения накапливают органические вещества и обеспечивают постоянство уровня СO₂ и O₂ в атмосфере. В верхних слоях воздушной оболочки (на высоте 15–20 км) Земли из кислорода образуется озон, имеющий химическую формулу O₃. Озоновый слой защищает все живые организмы от опасных для жизни ультрафиолетовых лучей.

Таблица 5. Суммарные уравнения и частные реакции фотосинтеза

По расчётам учёных, точка Пастера была пройдена 600–700 млн лет назад, т. е. к началу кембрийского периода палеозойской эры, а освоение суши началось приблизительно 420 млн лет назад, в конце ордовикского периода той же эры.

Из сказанного видно, что жизнь во всём своём современном многообразии смогла сформироваться только благодаря процессу фотосинтеза, приведшему к образованию кислородной атмосферы и накоплению огромной массы органических соединений, ставших основой питания для гетеротрофных организмов.

Световая и темновая фазы, фотосинтеза. Фотосистема I. Фотосистема II.

§ 25. Автотрофное питание. Хемосинтез

1. Каких видов организмов на Земле больше – хемосинтетиков или фотосинтетиков?

2. К какому царству организмов относятся хемосинтетики?

Хемосинтез – это способ автотрофного питания, при котором источником энергии для синтеза органических веществ служат реакции окисления неорганических соединений. Подобный вариант получения энергии используется только бактериями. Явление хемосинтеза было открыто в 1887 г. русским учёным С. Н. Виноградовым. Выделяют несколько групп хемотрофных организмов. Железобактерии окисляют двухвалентное железо до трёхвалентного, серобактерии – сероводород до молекулярной серы или до солей серной кислоты. Очень важной группой хемосинтетиков являются нитрифицирующие бактерии, окисляющие аммиак, образующийся в процессе гниения органических веществ, до азотистой и азотной кислот, которые, взаимодействуя с почвенными минералами, образуют нитриты и нитраты.

Необходимо отметить, что выделяющаяся в реакциях окисления неорганических соединений энергия не может быть непосредственно использована бактериями в процессах ассимиляции. Сначала эта энергия переводится в энергию макроэргических связей АТФ и только затем тратится на синтез органических соединений.

Хемосинтезирующие организмы (например, серобактерии) могут жить в океанах на огромной глубине, в тех местах, где из разломов земной коры в воду выходит сероводород. Конечно же кванты света не могут проникнуть в воду на глубину около 10 км. Таким образом, хемосинтетики – единственные организмы на Земле, не зависящие от энергии солнечного света.

С другой стороны, аммиак, который используется нитрифицирующими бактериями, выделяется в почву при гниении остатков растений или животных. В этом случае жизнедеятельность хемосинтетиков косвенно зависит от солнечного света, так как аммиак образуется при распаде органических соединений, полученных за счёт энергии Солнца.

Роль хемосинтетиков для всех живых существ очень велика, так как они являются непременным звеном природного круговорота важнейших элементов: серы, азота, железа и др. Хемосинтетики важны также в качестве природных усвоителей таких ядовитых веществ, как аммиак и сероводород. Огромное значение имеют нитрифицирующие бактерии, которые обогащают почву нитритами и нитратами, в форме которых растениями усваивается азот. Некоторые хемосинтетики (в частности, серобактерии) используются для очистки сточных вод.

Хемосинтез. Железобактерии. Серобактерии. Нитрифицирующие бактерии.

1. Какие бактерии-хемосинтетики особенно важны для сельского хозяйства?

2. Где чаще обитают бактерии-хемосинтетики?

Особая группа хемосинтезирующих бактерий способна, питаясь компонентами нефти, выделять сероводород, снижая качество нефти.

Существуют такие виды серобактерий, которые образовали огромное количество сероводорода, растворённого в воде придонных слоёв Чёрного моря. Если количество H₂S в Чёрном море будет возрастать, то всё живое в нём погибнет.

Обнаружены группы бактерий, способных питаться за счёт веществ, содержащихся в асфальте, кирпичах, мраморе. Такие бактерии могут приносить ощутимый вред дорогам и постройкам.

§ 26. Генетический код. Транскрипция. Синтез белков в клетке

1. Какие функции выполняют в клетке белки?

2. Из чего состоят белки?

Генетическая информация. Важнейшим процессом ассимиляции в клетке является синтез белков. Так как белки выполняют в организме целый ряд функций, то необходимо синтезировать тысячи различных белков, тем более что большинство белков имеют ограниченный срок функционирования и синтез таких белков (компонентов мембран, гормонов, ферментов) не прекращается ни на минуту. Так, например, за сутки в организме человека распадается около 400 г различных белков, следовательно, такую же массу нужно синтезировать снова.

Каждый вид живых существ имеет свой собственный, строго определённый набор белков. Белки являются основой уникальности каждого вида, хотя некоторые белки, выполняющие одну и ту же функцию в разных организмах, могут быть похожими и даже одинаковыми.

С другой стороны, все особи одного вида хоть немного, но отличаются друг от друга. На Земле нет, например, двух абсолютно одинаковых людей или амёб. Индивидуальную неповторимость каждой особи определяют различия в структуре белков.

Свойства белков определяются прежде всего их первичной структурой, т. е. последовательностью аминокислот в молекуле белка. Наследственная информация о первичной структуре белка заключена в последовательности нуклеотидов в молекулах двуцепочечной ДНК. Следовательно, информация о строении и жизнедеятельности как каждой клетки, так и всего многоклеточного организма в целом заключена в нуклеотидной последовательности ДНК. Эта информация получила название генетической информации, а участок ДНК, в котором содержится информация о первичной структуре одного белка, называется геном.

Генетический код. Каждой аминокислоте белка соответствует последовательность из трёх расположенных друг за другом нуклеотидов ДНК – триплет, или кодон. К настоящему времени составлена карта генетического кода, т. е. известно, какие триплеты в ДНК соответствуют той или иной из 20 аминокислот, входящих в состав белков (табл. 6). Как известно, в состав ДНК могут входить четыре азотистых основания: аденин (А), гуанин (Г), тимин (Т) и цитозин (Ц). Число сочетаний из 4 по 3 составляет 4 3 = 64, т. е. ДНК может кодировать 64 аминокислоты. Однако всего кодируется только 20 аминокислот. Оказалось, что многим аминокислотам соответствует не один, а несколько кодонов. Предполагается, что такое свойство генетического кода – вырожденность – повышает надёжность хранения и передачи генетической информации при делении клеток. Например, аминокислоте аланину соответствуют 4 кодона – ЦГА, ЦГГ, ЦГТ и ЦГЦ. Получается, что случайная ошибка в третьем нуклеотиде кодона не сможет привести к изменениям в структуре белка – всё равно это будет кодон аланина.

Таблица 6. Генетический код

Примечание: первый нуклеотид триплета берут из левого вертикального ряда, второй – из горизонтального ряда, третий – из правого вертикального.

Очень важное свойство генетического кода – специфичность, т. е. один триплет всегда кодирует только одну аминокислоту. Генетический код универсален для всех живых организмов от бактерии до человека.

Рис. 42. Схема процесса транскрипции

Рис. 43. Взаимосвязь между процессами транскрипции и трансляции

У прокариот синтезированные молекулы иРНК сразу же могут взаимодействовать с рибосомами и участвовать в синтезе белков. У эукариот иРНК синтезируется в ядре, поэтому сначала она взаимодействует со специальными ядерными белками и переносится через ядерную мембрану в цитоплазму.

В цитоплазме обязательно должен иметься полный набор аминокислот, необходимых для синтеза белков. Эти аминокислоты образуются в результате расщепления белков, получаемых организмом с пищей, а некоторые могут синтезироваться в самом организме.

Необходимо помнить, что любая аминокислота может попасть в рибосому, только прикрепившись к специальной транспортной РНК (тРНК).

Рис. 44. Схема процесса трансляции

Все описываемые реакции происходят за очень маленькие промежутки времени. Подсчитано, что на синтез крупной молекулы белка уходит всего около двух минут.

Клетке необходима не одна, а много молекул каждого белка. Поэтому как только рибосома, первой начавшая синтез белка на молекуле иРНК, продвигается вперёд, тут же на эту иРНК нанизывается вторая рибосома, которая начинает синтезировать такой же белок. На ту же иРНК может быть нанизана и третья, и четвертая рибосома, и т. д. Все рибосомы, синтезирующие белок на одной молекуле иРНК, называются полисомой. Когда синтез белка окончен, рибосома может связаться с другой молекулой иРНК и начать синтезировать новый белок, закодированный в этой молекуле иРНК. Таким образом, последовательность аминокислот в первичной структуре белка не зависит от рибосом, а определяется только последовательностью нуклеотидов иРНК.

Таким образом, трансляция – это перевод последовательности нуклеотидов молекулы иРНК в последовательность аминокислот молекулы белка.

Генетический код. Кодон. Антикодон. Транскрипция. Промотор. Терминатор. Трансляция. Стоп-кодон. Полисома.

1. Что такое ген?

2. Какой процесс называется транскрипцией?

3. Где и как происходит биосинтез белка?

4. Что такое стоп-кодон?

5. Сколько видов тРНК участвует в синтезе белков в клетке?

6. Из чего состоит полисома?

7. Требуют ли процессы синтеза белка затрат энергии? Или, наоборот, в процессах синтеза белка происходит выделение энергии?

То, что ДНК и РНК содержатся как в клетках животных, так и в клетках растений, выяснилось только к концу 30-х годов XX в. До того полагали, что ДНК содержится только в клетках животных, а РНК – в клетках растений. То, что РНК содержится во всех клетках, причём не столько в ядре, сколько в цитоплазме, было показано только в 40-е годы XX в.

Данное произведение размещено по согласованию с ООО "ЛитРес" (20% исходного текста). Если размещение книги нарушает чьи-либо права, то сообщите об этом.

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.

Попробуй обратиться за помощью к преподавателям

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.

$2H_2S + O2 → 2H_2O + 2S$

$2S + 3_O2 + 2H_2O → 2H_2SO_4 + 115$ 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.

Хемосинтетики — единственные организмы на земле, не зависящие от энергии солнечного света

Хемосинтезирующие организмы могут жить на огромной глубине, в тех местах, где из разломов земной коры в воду выделяется сероводород. Конечно же, кванты света не могут проникнуть в воду на глубину около 3-4 километров (на такой глубине находится большинство рифтовых зон океана). Таким образом, хемосинтетики — единственные организмы на земле, не зависящие от энергии солнечного света. По крайней мере, напрямую. Косвенно они все же связаны с солнечной энергией, так как в процессах метаболизма используют аммиак, выделяющийся в результате гниения погибших растений и животных.

Роль хемосинтетиков в природе очень значительна, так как они являются непременным звеном естественного цикла, в котором участвуют важнейшие для жизни элементы: сера, азот, железо и др.

Хемосинтетики важны также в качестве природных потребителей таких ядовитых веществ, как аммиак и сероводород, то есть способны работать как очистители окружающей среды. Благодаря этим свойствам их уже начали применять для очистки сточных вод.

Реакции хемосинтеза

Теперь давайте более детально разберем существующие реакции хемосинтеза, все они отличаются в зависимости от бактерий-хемосинтетиков.

Железобактерии

К ним относятся нитчатые и железоокисляющие лептотриксы, сферотиллюсы, галлионеллы, металлогениумы. Обитают они в пресных и морских водоемах. Благодаря реакции хемосинтеза образуют отложения железных руд путем окисления двухвалентного железа в трехвалентное.

Помимо энергии в этой реакции образуется углекислый газ. Также помимо бактерий окисляющих железо, есть бактерии окисляющие марганец.

Серобактерии

Иное их название – тиобактерии, представляют собой весьма большую группу микроорганизмов. Как это следует из их названия, эти бактерии получают энергию путем окисления соединений с восстановленной серой.

Полученная в результате реакции сера может, как накапливаться в самих бактериях, так и выделятся в окружающую среду в виде хлопьев.

Нитрифицирующие бактерии

Эти бактерии, обитающие в земле и воде, свою энергию получают за счет аммиака и азотистой кислоты, именно они играют очень важную роль в кругообороте азота.

Азотистая кислота, полученная при такой реакции, образует в земле соли и нитраты, способствующие ее плодородию.

Болезнетворные бактерии

Болезнетворные бактерии – это симбионты-паразиты. Они питаются за счет другого организма, отравляя его продуктами своей жизнедеятельности. Они могут вызвать самые тяжелые заболевания:

тиф;
холеру;
туберкулез;
сибирскую язву;
бруцеллез и другие.

Самое распространенная среда, где обитают болезнетворные микроорганизмы, – это слюна больного человека, посуда и другие предметы, которыми он пользовался, застоявшийся воздух помещений. Они могут содержаться в пище, воде и практически на всех поверхностях, особенно в условиях антисанитарии. Заразиться можно и от больных животных, так как некоторые болезнетворные для них бактерии опасны и для человека.

Болезнетворные бактерии могут поражать растения и их плоды. Это легко определить визуально, что подтверждает фото зараженных плодов. Поэтому надо быть внимательным к употребляемым в пищу фруктам и овощам, особенно дикорастущим. Лучшей профилактикой может служить соблюдение личной гигиены и регулярное проветривание помещения.

Кроме рассмотренных самых распространенных мест проживания, бактерии обитают и в совершенно, казалось бы, непригодных для жизни условиях. Это и полярные льды, и горячие источники, и условия сильного давления или очень разреженного воздуха. Нет такого места на Земле, где бы не были обнаружены эти мельчайшие организмы.

Азотфиксирующие организмы

Азотфиксирующие бактерии – это почвенные микроорганизмы, которые обладают способностью усваивать молекулярный азот из атмосферы, что недоступно растениям. В результате окислительно-восстановительной реакции азотфиксирующие бактерии синтезируют соединения, которые содержат азот и могут усваиваться растениями.

По тому, как именно они обитают в среде, они делятся на две группы:

Свободноживущие организмы (род Азотобактер от лат. Azotobacter).
Симбионты (клубеньковые бактерии из рода Rhizobium). Симбиотические отношения – это форма взаимодействия между организмами, при которой пользу получают оба участника или один из них (паразит).

Азотфиксирующие клубеньковые микроорганизмы-симбионты обычно имеют две формы клеток: палочка или овал, что хорошо видно на фото. Чаще всего они вступают в симбиотические отношения с растениями семейства бобовых:

горохом;
чечевицей;
клевером;
люцерной и т.д.

Клубеньковые бактерии, селясь в корнях растений, образуют на них шарообразные утолщения, которые видны даже на обычном фото. Симбионты получают обоюдную выгоду. Азотфиксирующие клубеньковые микроорганизмы поставляют растению азот, взамен получая необходимые вещества для своей жизнедеятельности. Большая часть бобовых растений может самостоятельно усваивать азот из азотной кислоты и солей аммония. Клубеньковые бактерии служат дополнительными поставщиками атмосферного азота. А растение копеечник не обладает такими способностями. Поэтому клубеньковые узлы для него – единственный источник азота.

В среде с повышенным количеством азотсодержащих соединений клубеньковые бактерии перестают вести себя как симбионты. Эти организмы отличаются избирательностью. Так, клубеньковые бактерии клевера селятся только в клевере, а клубеньковые бактерии люпина заражают только отдельные его сорта.

Сапрофиты

Если хемосинтетики используют энергию химических реакций неорганических соединений, то бактерии гниения (сапрофиты) питаются готовой органикой мертвых тканей. Они обитают на поверхности почвы: на останках животных, частях скошенной травы, упавших листьях и плодах. На фото пораженного яблока отчетливо виден результат деятельности микроорганизмов гниения. Как и почвенные микроорганизмы, бактерии гниения живут в ее верхнем слое: вокруг отмерших корней растений, умерших личинок и т.п.

В результате гниения ускоряется разложение мертвых тканей и их утилизация, почва обогащается питательными веществами, улучшающими ее плодородие. Одни виды этих микроорганизмов живут в присутствии атмосферного кислорода, другие обитают в бескислородных условиях. В силу специфики питания бактерии гниения – свободноживущие организмы, не вступающие в симбиотические группы.

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.

Хемосинтез и фотосинтез: сходства и различия

Давайте теперь разберем в чем сходство хемосинтеза и фотосинтеза, а в чем различия между ними.

Как хемосинтез, так и фотосинтез являются типами автотрофного питания, когда организм выделяет органические вещества из неорганических.
Энергия такой реакции запасается в аденозинтрифосфорной кислоте (сокращено АТФ) и впоследствии используется для синтеза органических веществ.

Отличие фотосинтеза от хемосинтеза:

У них разный источник энергии, и как следствие разные окислительно-восстановительных реакции. При хемосинтезе первичным источником энергии является не солнечный свет, а химические реакции по окислению определенных веществ.
Хемосинтез характерен исключительно для бактерий и арей.
При хемосинтезе клетки бактерий не содержат хлорофилла, при фотосинтезе наоборот – содержат.
Источником углерода для синтеза органики при хемосинтезе может быть не только лишь углекислый газ, но и окись углерода (СО), муравьиная кислота, уксусная кислота, метанол и карбонаты.

Кишечная палочка

До сих пор рассматривались бактерии, обитающие в природных условиях. Рассмотрим типичного представителя человеческого организма, которым является кишечная палочка. Эти бактерии-симбионты, получающие питательные вещества из организма теплокровных животных. Кишечная палочка преимущественно имеет палочковидную форму, о чем свидетельствуют многочисленные фото, сделанные учеными.

Основное место, где она обитает, – кишечная полость (нижняя ее часть). Может встречаться в воде, продуктах и некоторое время выживать в окружающей среде.

По одной из версий, кишечная палочка попадает в человеческий организм в течение первых 40 часов после его рождения и обитает там всю жизнь. Источником может служить материнское молоко или контактирующие с ребенком люди. По другой версии, кишечная палочка заселяет организм ребенка еще в утробе матери.

Бактерия приносит пользу организму-хозяину, синтезируя, например, витамин К. Кишечная палочка подавляет развитие патогенной флоры в кишечнике, в терапевтических целях используется при лечении желудочно-кишечных заболеваний.

Безвредная в обычных условиях кишечная палочка, попадая в другие части организма, может стать патогенной. Кроме того, возможно проникновение извне ее болезнетворных штаммов, которое может привести к желудочно-кишечным инфекциям.

Читайте также: