Використання енергії неорганічних субстратів літотрофами. Особливості дихання ланцюга літотрофів

План

Вступ

1. Енергетичний метаболізм

2. Класифікація літотрофів

3. Роль літотрофів в природі

Висновок

Література

Вступ

Літотрофи - організми, що використовують неорганічні речовини (зазвичай мінерального походження), у якості відновлюючих агентів для використання в біосинтезі (наприклад, фіксації вуглекислоти) або для збереження енергії через аеробне або анаеробне дихання.

Літотрофи - винятково мікроорганізми, макрофауна не має можливості використовувати неорганічні суміші як джерела енергії, але може отримати таку властивість завдяки прокаріотичним симбіонтам (наприклад хемолітотрофні бактерії в глибоководних морських черв'яках або пластіди, що утворилися з колишніх фотолітотрофних ціанобактерій, в рослинах).

Літотрофи належать або до домену Бактерії, або Археї. Термін "літотроф" походить від грец. lithos - "скеля" і troph - "споживач", буквально він може означати "споживач скель".

Багато літотрофів є екстремофілами, але це не є загальним правилом.

Літотрофи споживають відновлені хімічні сполуки (донори електрона).

У хемолітотрофів, ці сполуки - електронні донори - окислюються в клітинах, а електрони прямують через дихальний ланцюжок, кінець кінцем виробляючи АТФ.

Електронним акцептором може бути кисень (у аеробних бактерій), але багато інших акцепторів електрона, органічних і неорганічних, також використовуються різними видами.

Фотолітотрофи отримують енергію від світла і тому використовують неорганічні донори електрону тільки для проведення реакцій біосинтезу (наприклад фіксації вуглекислоти у літоавтотрофів) [2].

1. Енергетичний метаболізм

Енергетичний метаболізм бактерій засновується на фототрофії, використанні світла через фотосинтез, або на хемотрофії, використанні хімічних речовин для отримання енергії.

Хемотрофи у свою чергу діляться на літотрофів, які використовують неорганічні донори електронів для дихання, і органотрофів, які використовують органічні сполуки у якості донорів електронів.

Щоб використовувати хімічні сполуки як джерело енергії, електрони беруться з відновлювальних речовин і переміщуються до акцепторів електронів у процесі окислювально-відновлювальної реакції.

Ця реакція вивільнює енергію, яка може використовуватися для проведення метоболічних реакцій.

У аеробних організмах в якості акцептора електронів використовується кисень.

У анаеробних організмах замість нього використовуються інші неорганічні речовини, наприклад нітрати, сульфати або вуглекислота.

Це приводить до екологічно важливих процесів денітрифікації, відновлення сульфатів і ацетогенезу відповідно [7] [1].

Ці процеси також важливі в біологічних відповідях на забруднення, наприклад, сульфат-відновлюючі бактерії в значній мірі відповідальні за виробництво надзвичайно отруйних форм ртуті (метил - і диметил-ртуть) в оточенні [2].

Анаероби використовують процес так званого анаеробного дихання (бродіння) для отримання енергії, виділяючи метаболічні побічні продукти (наприклад етанол в пивоварінні), оскільки вони не можуть бути використані далі.

Факультативні анаероби можуть переключатися між процесами аеробного і анаеробного дихання, тобто різними акцепторами електронів, залежно від природних умов, в яких вони знаходяться.

Літотрофні бактерії можуть використовувати неорганічні речовини як джерело енергії.

Загальними неорганічними донорами електронів є водень, чадний газ, аміак (що призводить до нітрифікації), оксид заліза II, інші відновлені іони металів та деякі відновлені сполуки сірки.

Хоча це і незвичайно, деякі бактерії-метанотрофи можуть використовувати газ метан і як джерело електронів, і як субстрат для вуглецевого анаболізму [3].

Як у аеробних фототрофів, так і у хемолітотрофів, кисень використовується як кінцевий акцептор електронів, тоді як за анаеробними умовами заміть нього використовуються неорганічні сполуки.

Більшість літотрофних організмів - автотрофи, тоді як органотрофи є гетеротрофами.

У більшості прокаріотів вони тісно зв'язані між собою.

Метаболізм прокаріот, як енергетичний, так і конструктивний, відрізняється надзвичайною розмаїтістю, що є результатом здатності цих форм життя використати як джерела енергії й вихідних субстратів для побудови речовин тіла самий широкий набір органічних і неорганічних з'єднань.

Енергетичний метаболізм у цілому сполучений з біосинтетичними й іншими енергозалежними процесами, що відбуваються в клітці, для протікання яких він поставляє енергію, відновник і необхідні проміжні метаболіти.

Спряженість двох типів клітинного метаболізму не виключає деякої зміни їхніх відносних масштабів залежно від конкретних умов.

Енергетичні процеси прокаріот по своєму обсязі (масштабності) значно перевершують процеси біосинтетичні, і протікання їх приводить до істотних змін у навколишнім середовищі.

Різноманітні й незвичайні щодо цього можливості прокаріот, способи їхнього енергетичного існування. Все це разом узяте зосередило увагу дослідників у першу чергу на вивченні енергетичного метаболізму прокаріот.

2. Класифікація літотрофів

Літотрофні бактерії не можуть використовувати своє неорганічне джерело енергії в якості джерела вуглецю для біосинтезу, тому що можливі електронні донори не містять вуглецю. Вони вибирають одну з наступних можливостей: