Разлика между фотосинтеза и хемосинтеза. Хемосинтезата е уникален процес на хранене на бактерии. Как се различава хемосинтезата от фотосинтезата?

Всички живи същества се нуждаят от храна и хранителни вещества. Когато се хранят, те използват енергия, съхранявана предимно в органични съединения - протеини, мазнини, въглехидрати. Хетеротрофните организми използват храна от растителен и животински произход, която вече съдържа органични съединения. Растенията създават органична материя чрез процеса на фотосинтеза.

Изследванията на фотосинтезата започват през 1630 г. с експериментите на холандеца ван Хелмонт. Той доказа, че растенията не получават органична материя от почвата, а я създават сами.

Джоузеф Пристли през 1771 г. доказва „коригирането“ на въздуха с растения. Поставени под стъклен капак, те абсорбират въглероден диоксид, отделен от тлеещата треска.

Сега е установено, че фотосинтеза е процес на образуване на органични съединения от CO 2 и вода с помощта на светлинна енергия и протича в хлоропластите на зелените растения и зелените пигменти на някои фотосинтезиращи бактерии.

Хлоропластите и гънките на цитоплазмената мембрана на прокариотите съдържат зелен пигмент - хлорофил, чиято молекула е способна да се възбужда от слънчева светлина, да отдава своите електрони и да ги премества към по-високи енергийни нива. Този процес може да се сравни с хвърляне на топка. Докато топката се издига, тя съхранява потенциална енергия; падайки, той я губи. Електроните не се връщат обратно, а се поемат от носители на електрони (NADP+ - никотинамид дифосфат). В този случай енергията, която преди това са натрупали, се изразходва частично за образуването на АТФ. Продължавайки сравнението с хвърлена топка, можем да кажем, че топката, докато пада, загрява околното пространство и част от енергията на падащите електрони се съхранява под формата на АТФ. Процесът на фотосинтеза се разделя на реакции, причинени от светлина, и реакции, свързани с фиксиране на въглерод: светлинаИ тъмнофази.

Светлинна фаза- Това е етапът, на който светлинната енергия, погълната от хлорофила, се превръща в електрохимична енергия в електрон-транспортната верига. Осъществява се на светло, в гран мембрани с участието на транспортни протеини и АТФ синтетаза.

Реакции, причинени от светлина, възникват върху фотосинтетичните мембрани на хлоропластните гранули:

1) възбуждане на хлорофилни електрони от светлинни кванти и преминаването им към по-високо енергийно ниво;

2) редукция на акцептори на електрони – NADP+ до NADP H

2H+ + 4e- + NADP+ → NADP H;

3) фотолиза на вода: 2H 2 O → 4H+ + 4e- + O 2.

Този процес протича вътре тилакоиди– гънки на вътрешната мембрана на хлоропластите, от които се образуват зърна– купчини мембрани.

резултатилеки реакции:

фотолиза на водата с образуване на свободен кислород,

синтез на АТФ,

намаляване на NADP+ до NADP N.

Тъмна фаза– процесът на превръщане на CO 2 в глюкоза в строма(пространство между грана) на хлоропласти, използващи енергията на ATP и NADP H.

Резултаттъмни реакции: превръщането на въглеродния диоксид в глюкоза и след това в нишесте. В допълнение към молекулите на глюкозата в стромата се образуват аминокиселини, нуклеотиди и алкохоли.

Общото уравнение за фотосинтезата е -

Значението на фотосинтезата:

образува се свободен кислород, който е необходим за дишането на организмите и образуването на защитен озонов екран (защита на организмите от вредното въздействие на ултравиолетовото лъчение);

производство на сурови органични вещества - храна за всички живи същества;

намаляване на концентрацията на въглероден диоксид в атмосферата.

Хемосинтеза – образуването на органични съединения от неорганични поради енергията на окислително-възстановителните реакции на азотни, железни и серни съединения.

Ролята на хемосинтезата: хемосинтетичните бактерии разрушават скалите, пречистват отпадъчните води и участват в образуването на минерали.

Тематични задачи

A1. Фотосинтезата е свързана с:

1) разграждането на органичните вещества в неорганични

2) създаване на органични вещества от неорганични

3) химично превръщане на глюкозата в нишесте

4) образуване на целулоза

A2. Изходният материал за фотосинтезата е

1) протеини и въглехидрати

2) въглероден диоксид и вода

3) кислород и АТФ

4) глюкоза и кислород

A3. Настъпва светлинната фаза на фотосинтезата

1) в граната на хлоропластите

2) в левкопласти

3) в стромата на хлоропластите

4) в митохондриите

A4. Енергията на възбудените електрони в светлинния стадий се използва за:

1) Синтез на АТФ

2) синтез на глюкоза

3) синтез на протеини

4) разграждане на въглехидрати

A5. В резултат на фотосинтезата хлоропластите произвеждат:

1) въглероден диоксид и кислород

2) глюкоза, АТФ и кислород

3) протеини, мазнини, въглехидрати

4) въглероден диоксид, АТФ и вода

A6. Хемотрофните организми включват

1) патогени на туберкулоза

2) млечнокисели бактерии

3) серни бактерии

В 1. Изберете процесите, протичащи в светлинната фаза на фотосинтезата

1) фотолиза на вода

2) образуване на глюкоза

3) синтез на АТФ и НАДФ Н

4) използване на CO 2

5) образование O 2

6) използване на АТФ енергия

НА 2. Изберете веществата, участващи в процеса на фотосинтеза

1) целулоза

2) гликоген

3) хлорофил

6) нуклеинови киселини

Хемосинтезата (от хемо... и синтез), или по-правилно хемолитоавтотрофията, е вид хранене, характерно за някои бактерии, които са способни да асимилират CO 2 като единствен източник на въглерод поради енергията на окисление на неорганични съединения. Откриването на хемосинтезата през 1887 г. (S. N. Vinogradsky) значително промени представите за основните видове метаболизъм в живите организми. За разлика от фотосинтезата, хемосинтезата не използва светлинна енергия, а енергията, получена от окислително-възстановителните реакции, която трябва да е достатъчна за синтеза на аденозинтрифосфорна киселина (АТФ) и да надвишава 10 kcal/mol.

Бактериите, способни на хемосинтеза, не са една таксономична група, а са систематизирани в зависимост от окисления неорганичен субстрат. Сред тях има микроорганизми, които окисляват водород, въглероден оксид, редуцирани серни съединения, желязо, амоняк, нитрити и антимон.

Водородните бактерии са най-многобройната и разнообразна група хемосинтезиращи организми; провеждат реакцията 6H 2 + 2O 2 + CO 2 = (CH 2 O) + 5H 2 O, където (CH 2 O) е символът за получените органични вещества. В сравнение с други автотрофни микроорганизми, те се характеризират с висок темп на растеж и могат да произвеждат голяма биомаса. Тези бактерии също са способни да растат върху среда, съдържаща органични вещества, т.е. те са микотрофни или факултативно хемоавтотрофни бактерии.

Близо до водородните бактерии са карбоксидобактериите, които окисляват CO чрез реакцията 25CO + 12O 2 + H 2 O + 24CO 2 + (CH 2 O). Тионните бактерии окисляват сероводород, тиосулфат и молекулярна сяра до сярна киселина. Някои от тях (Thiobacillus ferrooxidans) окисляват сулфидните минерали, както и двувалентното желязо. Способността за хемосинтеза в различни водни серни бактерии остава недоказана.

Нитрифициращите бактерии окисляват амоняка до нитрит (1-ви етап на нитрификация) и нитрит до нитрат (2-ри етап). При анаеробни условия се наблюдава хемосинтеза при някои денитрифициращи бактерии, които окисляват водород или сяра, но те често изискват органична материя за биосинтеза (литохетеротрофия). Хемосинтезата е описана в някои строго анаеробни бактерии, произвеждащи метан, съгласно реакцията 4H 2 + CO 2 = CH 4 + 2H 2 O.

Биосинтезата на органични съединения по време на хемосинтеза възниква в резултат на автотрофна асимилация на CO 2 (цикъл на Калвин) по същия начин, както при фотосинтезата. Енергията под формата на АТФ се получава от преноса на електрони през верига от дихателни ензими, вградени в мембраната на бактериалната клетка. Някои окисляеми вещества даряват електрони на веригата на ниво цитохром с, което създава допълнителен разход на енергия за синтеза на редуциращия агент. Поради високата консумация на енергия хемосинтезиращите бактерии, с изключение на водородните, образуват малко биомаса, но окисляват голямо количество неорганични вещества.

В биосферата хемосинтетичните бактерии контролират окислителните центрове на цикъла на най-важните елементи и поради това са от изключително значение за биогеохимията. Водородните бактерии могат да се използват за производство на протеини и пречистване на атмосферата от CO 2 в затворени екологични системи. Морфологично хемосинтетичните бактерии са много разнообразни, въпреки че повечето от тях принадлежат към псевдомонадите; те се срещат сред пъпкуващи и нишковидни бактерии, спирила, лептоспира и коринебактерии.

Зелените растения (автотрофи) са в основата на живота на планетата. Почти всички хранителни вериги започват с растения. Те преобразуват енергията, която пада върху тях под формата на слънчева светлина, в енергия, съхранявана във въглехидрати, най-важната от които е захарната глюкоза с шест въглерода. Този процес на преобразуване на енергия се нарича фотосинтеза. Общото уравнение за фотосинтезата изглежда така:

вода + въглероден диоксид + светлина > въглехидрати + кислород

През 1905 г. английският физиолог на растенията Фредерик Блекман провежда изследвания и установява основните процеси на фотосинтезата. Блекман заключава, че се случват два процеса: единият е силно зависим от нивото на светлина, но не и от температурата, докато другият е силно повлиян от температурата, независимо от нивото на светлина. Това прозрение е в основата на съвременните представи за фотосинтезата. Двата процеса понякога се наричат "светлина" и "тъмна" реакция, което не е съвсем правилно, тъй като се оказа, че въпреки че реакциите на "тъмната" фаза протичат при липса на светлина, те изискват продукти от "светлината" фаза.

Фотосинтезата започва, когато фотоните, излъчвани от слънцето, навлизат в специални пигментни молекули, намиращи се в листата - молекули на хлорофил. Хлорофилът се намира в клетките на листата, в мембраните на клетъчните органели на хлоропластите (те са тези, които придават зеления цвят на листата). Процесът на улавяне на енергия се състои от два етапа и се осъществява в отделни клъстери от молекули - тези клъстери обикновено се наричат фотосистема I и фотосистема II. Номерата на клъстерите отразяват реда, в който са открити тези процеси, и това е една от смешните научни странности, тъй като в листата първо се случват реакциите във Фотосистема II и едва след това във Фотосистема I.

Когато един фотон се сблъска с 250-400 молекули от Photosystem II, енергията се увеличава рязко и се прехвърля към молекулата на хлорофила. В този момент протичат две химични реакции: молекулата на хлорофила губи два електрона (които се приемат от друга молекула, наречена акцептор на електрони) и водната молекула се разделя. Електроните на двата водородни атома, които са били част от водната молекула, заместват двата електрона, загубени от хлорофила.

След това високоенергийният („бърз”) електрон се прехвърля един към друг като горещ картоф от събраните във верига молекулни носители. В този случай част от енергията отива за образуването на молекулата на аденозин трифосфат (АТФ), един от основните енергийни носители в клетката. Междувременно малко по-различна хлорофилна молекула на Photosystem I абсорбира енергията на фотона и дарява електрон на друга акцепторна молекула. Този електрон се заменя в хлорофила с електрон, пристигнал по веригата от носители от Photosystem II. Енергията на електрона от Photosystem I и водородните йони, образувани преди това по време на разделянето на водна молекула, се използват за образуване на NADP-H, друга молекула носител.

В резултат на процеса на улавяне на светлина, енергията на два фотона се съхранява в молекулите, използвани от клетката за извършване на реакции, и се образува допълнителна молекула кислород. След като слънчевата енергия се усвои и съхрани, идва ред на образуването на въглехидрати. Основният механизъм на синтеза на въглехидрати в растенията е открит от Мелвин Калвин. Цикълът на преобразуване на слънчевата енергия във въглехидрати се състои от поредица от химични реакции, които започват с комбинирането на входяща молекула с „помощна“ молекула, последвано от започване на други химични реакции. Тези реакции водят до образуването на крайния продукт и в същото време възпроизвеждат „помощната“ молекула и цикълът започва отново. В цикъла на Калвин ролята на такава „помощна“ молекула играе петвъглеродният захарен рибулозодифосфат (RDP). Цикълът на Калвин започва с молекулите на въглеродния диоксид, комбиниращи се с RDP. Благодарение на енергията на слънчевата светлина, съхранявана под формата на ATP и NADP-H, първо възникват химични реакции на въглеродна фиксация, за да се образуват въглехидрати, а след това възникват реакции на възстановяване на рибулозния дифосфат. По време на шестте завъртания на цикъла шест въглеродни атома се включват в молекулите на предшествениците на глюкозата и други въглехидрати. Този цикъл от химични реакции ще продължи, докато се доставя енергия. Благодарение на този цикъл енергията на слънчевата светлина става достъпна за живите организми.

27-февруари-2014 | Един коментар | Лолита Околнова

фотосинтеза- процесът на образуване на органични вещества от въглероден диоксид и вода на светлина с участието на фотосинтетични пигменти.

Хемосинтеза- метод на автотрофно хранене, при който източникът на енергия за синтеза на органични вещества от CO 2 са реакциите на окисление на неорганични съединения

Обикновено всички организми, способни да синтезират органични вещества от неорганични вещества, т.е. организми, способни на фотосинтеза и хемосинтеза, Препоръчай на .

Някои традиционно се класифицират като автотрофи.

Говорихме накратко за структурата на растителната клетка, нека разгледаме целия процес по-подробно...

Същността на фотосинтезата

(обобщено уравнение)

Основното вещество, участващо в многоетапния процес на фотосинтезата е хлорофил. Това е, което трансформира слънчевата енергия в химическа енергия.

Фигурата показва схематично представяне на молекулата на хлорофила, между другото, молекулата е много подобна на молекулата на хемоглобина...

Хлорофилът е вграден в хлоропластна грана:

Светлинна фаза на фотосинтезата:

(извършва се върху тилакоидни мембрани)

Светлината, удряща молекула на хлорофил, се абсорбира от нея и я привежда в възбудено състояние - електронът, който е част от молекулата, абсорбирайки енергията на светлината, преминава на по-високо енергийно ниво и участва в процесите на синтез;
Под въздействието на светлината се извършва и разделяне (фотолиза) на водата:

В този случай кислородът се отстранява във външната среда и протоните се натрупват вътре в тилакоида в „протонния резервоар“

2Н + + 2е - + NADP → NADPH 2

NADP е специфично вещество, коензим, т.е. катализатор, в този случай носител на водород.

синтезирана (енергия)

Тъмна фаза на фотосинтезата

(среща се в стромата на хлоропластите)

действителен синтез на глюкоза

възниква цикъл от реакции, в които се образува C 6 H 12 O 6. Тези реакции използват енергията на ATP и NADPH 2, образувани в светлинната фаза; В допълнение към глюкозата, по време на фотосинтезата се образуват и други мономери на сложни органични съединения - аминокиселини, глицерол и мастни киселини, нуклеотиди

Моля, обърнете внимание: тази фаза е тъмнанарича се не защото се случва през нощта - синтезът на глюкоза се случва, като цяло, денонощно, но тъмната фаза вече не изисква светлинна енергия.

„Фотосинтезата е процес, от който в крайна сметка зависят всички прояви на живота на нашата планета.“

К. А. Тимирязев.

В резултат на фотосинтезата на Земята се образуват около 150 милиарда тона органична материя и се отделят около 200 милиарда тона свободен кислород годишно. Освен това растенията включват милиарди тонове азот, фосфор, сяра, калций, магнезий, калий и други елементи в цикъла. Въпреки че едно зелено листо използва само 1-2% от светлината, която пада върху него, органичната материя, създадена от растението и кислорода като цяло.

Хемосинтеза

Хемосинтезата се осъществява благодарение на енергията, освободена по време на химичните реакции на окисление на различни неорганични съединения: водород, сероводород, амоняк, железен (II) оксид и др.

Според веществата, включени в метаболизма на бактериите, има:

серни бактерии - микроорганизми от водни тела, съдържащи H 2 S - източници с много характерна миризма,
железни бактерии,
нитрифициращи бактерии - окисляват амоняк и азотиста киселина,
азотфиксиращи бактерии - обогатяват почвите, значително увеличават производителността,
водородокисляващи бактерии

Но същността остава същата - това също е

Кой от нас не помни определението за „фотосинтеза“ от уроците по ботаника в училище? „Процесът на образуване на органична материя от въглероден диоксид и вода на светлина с участието на фотосинтетични пигменти.“ Знаейки тази лаконична дефиниция наизуст, малко от нас се чудеха какво крие зад нея?

по същество, фотосинтезае химическа реакция, в резултат на която шест молекули CO2 се свързват с шест молекули вода, за да образуват една молекула глюкоза - градивната единица на нашата органична материя. Молекулярният кислород, произведен по време на фотосинтезата, е само страничен продукт. Въпреки това, този „страничен продукт“ е един от основните източници на атмосферен кислород, толкова необходим за висшите организми.

Изглежда, че всичко е много просто: клетката на фотосинтезиращия организъм е един вид „конус“ за химическата реакция на два компонента. Но в действителност механизмът на реакцията се оказва много по-сложен. Оказва се, че процесът се състои от две реакции: „светлина“ и „тъмнина“. Първият е свързан с разделянето на водна молекула на водород и кислород с помощта на светлинна енергия. Слънчевата светлина се абсорбира от специалния светлопоглъщащ пигмент на клетката, хлорофил (оцветен в зелено). След това енергията се прехвърля в молекули на АТФ, които освобождават получената енергия във втория етап на фотосинтезата - "тъмната" реакция. „Тъмната“ реакция е директната реакция между въглероден диоксид и водород за образуване на глюкоза.

Фотосинтезата може да се извършва от растения, водорасли и някои видове микроорганизми. Благодарение на тяхната жизнена дейност става възможно съществуването например на животни, чиято храна се състои от органични вещества. Но дали фотосинтезата е единствената форма за превръщане на въглеродния диоксид в органична материя? Не. Оказва се, че природата предоставя и друг, алтернативен път за образуване на органични вещества от CO2 - хемосинтеза.

Разликата между хемосинтезата и фотосинтезата е липсата на "светлинна" реакция. Като източник на енергия клетките на хемосинтезиращите организми не използват енергията на слънчевата светлина, а енергията на химичните реакции. Кои? Реакции на окисляване на водород, въглероден окис, редукция на сяра, желязо, амоняк, нитрит, антимон.

Разбира се, всеки хемосинтетичен организъм използва своя собствена химична реакция като източник на енергия. Например, водородните бактерии окисляват водорода, нитрифициращите бактерии превръщат амоняка в нитратна форма и т.н. Всички те обаче съхраняват енергията, освободена по време на химическа реакция, под формата на ATP молекули. Освен това процесът протича според вида на реакциите на тъмния етап на фотосинтезата.
Само някои видове бактерии имат способността да хемосинтезират. Тяхната роля в природата е колосална. Те не „произвеждат” атмосферен кислород и не натрупват големи количества органични вещества. Въпреки това химичните реакции, които те използват в хода на живота си, играят ключова роля в биогеохимията, осигурявайки, наред с други неща, цикъла на азот, сяра и други елементи в природата.

Фотосинтезата и хемосинтезата са едни от най-очарователните процеси, които се случват в живите организми. Познаването на разликите между тези две реакции се счита за необходим минимум за ученик в гимназията, но сравнението на тези толкова важни процеси често кара най-старателните и внимателни ученици в ступор.

Определение

фотосинтеза- процесът на синтез на органична материя, стимулиран от енергията на слънчевата светлина.

Хемосинтеза– процесът на образуване на органични съединения, който „стартира“ без задължителното присъствие на слънчеви кванти.

Сравнение

Фотосинтезата е източникът на жизнената активност на живите автотрофни същества, а именно по-голямата част от представителите на царството на растенията и някои видове бактерии, които от своя страна служат като основна храна или началото на хранителната пирамида за хетеротрофни и сапротрофни организми. Благодарение на фотосинтезата на Земята се образуват 150 милиарда тона органична материя годишно, а атмосферата се попълва с 200 милиарда тона кислород, подходящ за дишане от други организми.

Фотосинтезата се извършва в пластидите - органели на растителни клетки, които имат пигмента хлорофил. В процеса на окислително-редукционната реакция, която е фотосинтеза, растението консумира вода и неорганични вещества, а именно въглероден диоксид. Този процес се стимулира от наличието на енергия от слънчеви кванти. В резултат на реакцията се отделя кислород и се синтезират органични вещества – в повечето случаи глюкоза, известна още като хексоза или гроздова захар.

Благодарение на хемосинтезата в биосферата възниква азотен цикъл, серните бактерии изветряват скалите, създавайки основата за образуване на почви, а водородните бактерии окисляват опасни количества водород, които се натрупват по време на живота на някои микроорганизми. Освен това нитрифициращите бактерии помагат за повишаване на плодородието на почвата, а серните бактерии участват в пречистването на отпадъчните води.

Хемосинтезата се извършва в клетките на бактериите и археите. В процеса на редокс реакции се синтезират органични вещества. Не директно, а чрез образуването на АТФ енергия, която по-късно се изразходва за синтеза на органична материя. За целта живите организми използват CO 2, водород и кислород, образувани при окисляването на амоняк, железен оксид, сероводород и водород. Като се има предвид, че хемосинтезата може да се случи под земята, в дълбините на Световния океан, в средата на други живи организми, тя не е свързана със светлинната енергия, не се „стартира“ от нея и не зависи от Слънцето.

Уеб сайт за заключения

Фотосинтезата е невъзможна без енергията на слънчевата светлина; хемосинтезата не се нуждае от нея.
Растенията и бактериите фотосинтезират, бактериите и археите хемосинтезират.
И двата процеса имат различно биологично значение.