Razlika između fotosinteze i hemosinteze. Hemosinteza je jedinstven proces hranjenja bakterija.Po čemu se hemosinteza razlikuje od fotosinteze?

Sva živa bića trebaju hranu i hranljive materije. Prilikom hranjenja koriste energiju pohranjenu prvenstveno u organskim jedinjenjima – proteinima, mastima, ugljikohidratima. Heterotrofni organizmi koriste hranu biljnog i životinjskog porijekla koja već sadrži organska jedinjenja. Biljke stvaraju organsku materiju kroz proces fotosinteze.

Istraživanje fotosinteze počelo je 1630. godine eksperimentima Holanđanina van Helmonta. On je dokazao da biljke ne dobijaju organsku materiju iz tla, već je same stvaraju.

Joseph Priestley je 1771. godine dokazao “ispravku” zraka biljkama. Smješteni ispod staklenog poklopca, apsorbirali su ugljični dioksid koji je oslobodila tinjajuća krhotina.

Sada je to utvrđeno fotosinteza je proces stvaranja organskih spojeva iz CO 2 i vode pomoću svjetlosne energije i odvija se u hloroplastima zelenih biljaka i zelenim pigmentima nekih fotosintetskih bakterija.

Kloroplasti i nabori citoplazmatske membrane prokariota sadrže zeleni pigment - hlorofil, čija je molekula sposobna da bude uzbuđena sunčevom svetlošću, donirajući svoje elektrone i pomerajući ih na više energetske nivoe. Ovaj proces se može uporediti sa bacanjem lopte uvis. Kako se lopta diže, ona pohranjuje potencijalnu energiju; pada, izgubi je. Elektroni se ne povlače, već ih pokupe nosači elektrona (NADP+ - nikotinamid difosfat). U ovom slučaju, energija koju su prethodno akumulirali djelomično se troši na stvaranje ATP-a. Nastavljajući poređenje sa bačenom loptom, možemo reći da lopta, prilikom pada, zagrijava okolni prostor, a dio energije padajućih elektrona pohranjuje se u obliku ATP-a. Proces fotosinteze dijeli se na reakcije uzrokovane svjetlom i reakcije povezane s fiksacijom ugljika: svjetlo I mračno faze.

Svetlosna faza- Ovo je faza u kojoj se svjetlosna energija koju apsorbira hlorofil pretvara u elektrohemijsku energiju u lancu transporta elektrona. Izvodi se na svjetlu, u gran membranama uz učešće proteina transportera i ATP sintetaze.

Reakcije, uzrokovane svjetlom, nastaju na fotosintetskim membranama granula hloroplasta:

1) pobuđivanje elektrona hlorofila svetlosnim kvantima i njihov prelazak na viši energetski nivo;

2) redukcija akceptora elektrona – NADP+ u NADP H

2H+ + 4e- + NADP+ → NADP H;

3) fotoliza vode: 2H 2 O → 4H+ + 4e- + O 2.

Ovaj proces se odvija unutra tilakoidi– nabori unutrašnje membrane hloroplasta od kojih su formirani zrna– hrpe membrana.

rezultate svjetlosne reakcije:

fotoliza vode sa stvaranjem slobodnog kiseonika,

ATP sinteza,

smanjenje NADP+ u NADP N.

Tamna faza– proces pretvaranja CO 2 u glukozu u stroma(prostor između grana) hloroplasta koristeći energiju ATP i NADP H.

Rezultat tamne reakcije: pretvaranje ugljičnog dioksida u glukozu, a zatim u škrob. Osim molekula glukoze, u stromi dolazi do stvaranja aminokiselina, nukleotida i alkohola.

Ukupna jednačina za fotosintezu je -

Značenje fotosinteze:

stvara se slobodni kiseonik koji je neophodan za disanje organizama i stvaranje zaštitnog ozonskog ekrana (koji štiti organizme od štetnog dejstva ultraljubičastog zračenja);

proizvodnja sirovih organskih supstanci - hrana za sva živa bića;

smanjenje koncentracije ugljičnog dioksida u atmosferi.

Hemosinteza – stvaranje organskih jedinjenja iz neorganskih usled energije redoks reakcija jedinjenja azota, gvožđa i sumpora.

Uloga hemosinteze: hemosintetske bakterije uništavaju stijene, pročišćavaju otpadne vode i učestvuju u stvaranju minerala.

Tematski zadaci

A1. Fotosinteza je povezana sa:

1) razlaganje organskih materija na neorganske

2) stvaranje organskih materija iz neorganskih

3) hemijska konverzija glukoze u skrob

4) stvaranje celuloze

A2. Početni materijal za fotosintezu je

1) proteini i ugljeni hidrati

2) ugljični dioksid i voda

3) kiseonik i ATP

4) glukoza i kiseonik

A3. Nastaje svjetlosna faza fotosinteze

1) u grani hloroplasta

2) u leukoplastima

3) u stromi hloroplasta

4) u mitohondrijama

A4. Energija pobuđenih elektrona u fazi svjetlosti koristi se za:

1) ATP sinteza

2) sinteza glukoze

3) sinteza proteina

4) razlaganje ugljenih hidrata

A5. Kao rezultat fotosinteze, hloroplasti proizvode:

1) ugljen dioksid i kiseonik

2) glukoza, ATP i kiseonik

3) proteini, masti, ugljeni hidrati

4) ugljen dioksid, ATP i voda

A6. Hemotrofni organizmi uključuju

1) uzročnici tuberkuloze

2) bakterije mliječne kiseline

3) sumporne bakterije

U 1. Odaberite procese koji se odvijaju u svjetlosnoj fazi fotosinteze

1) fotoliza vode

2) formiranje glukoze

3) sinteza ATP i NADP H

4) korišćenje CO 2

5) obrazovanje O 2

6) korišćenje ATP energije

U 2. Odaberite supstance uključene u proces fotosinteze

1) celuloza

2) glikogen

3) hlorofil

6) nukleinske kiseline

Hemosinteza (od kemo... i sinteza), tačnije kemolitoautotrofija, je vrsta ishrane karakteristična za neke bakterije koje su sposobne da asimiliraju CO 2 kao jedini izvor ugljika zahvaljujući energiji oksidacije anorganskih spojeva. Otkriće hemosinteze 1887. (S. N. Vinogradsky) značajno je promijenilo ideje o glavnim tipovima metabolizma u živim organizmima. Za razliku od fotosinteze, kemosinteza ne koristi svjetlosnu energiju, već energiju dobivenu redoks reakcijama, koja mora biti dovoljna za sintezu adenozin trifosforne kiseline (ATP) i prelaziti 10 kcal/mol.

Bakterije sposobne za hemosintezu nisu jedna taksonomska grupa, već su sistematizovane u zavisnosti od oksidovanog neorganskog supstrata. Među njima postoje mikroorganizmi koji oksidiraju vodonik, ugljični monoksid, redukovana jedinjenja sumpora, željezo, amonijak, nitrite i antimon.

Bakterije vodika su najbrojnija i najraznovrsnija grupa hemosintetskih organizama; provesti reakciju 6H 2 + 2O 2 + CO 2 = (CH 2 O) + 5H 2 O, gdje je (CH 2 O) simbol za nastale organske tvari. U poređenju sa drugim autotrofnim mikroorganizmima, karakteriše ih visoka stopa rasta i mogu proizvesti veliku biomasu. Ove bakterije su također sposobne rasti na podlogama koje sadrže organske tvari, odnosno mikotrofne su ili fakultativno kemoautotrofne bakterije.

Bliske vodikovim bakterijama su karboksidobakterije, koje oksidiraju CO reakcijom 25CO + 12O 2 + H 2 O + 24CO 2 + (CH 2 O). Tionske bakterije oksidiraju sumporovodik, tiosulfat i molekularni sumpor u sumpornu kiselinu. Neki od njih (Thiobacillus ferrooxidans) oksidiraju sulfidne minerale, kao i obojeno željezo. Sposobnost kemosinteze u različitim vodenim sumpornim bakterijama ostaje nedokazana.

Nitrifikacijske bakterije oksidiraju amonijak u nitrit (1. faza nitrifikacije) i nitrit u nitrat (2. faza). U anaerobnim uvjetima, kemosinteza se opaža kod nekih denitrifikujućih bakterija koje oksidiraju vodonik ili sumpor, ali im je često potrebna organska tvar za biosintezu (litoheterotrofija). Hemosinteza je opisana kod nekih striktno anaerobnih bakterija koje proizvode metan prema reakciji 4H 2 + CO 2 = CH 4 + 2H 2 O.

Biosinteza organskih jedinjenja tokom hemosinteze nastaje kao rezultat autotrofne asimilacije CO 2 (Calvinov ciklus) na isti način kao i tokom fotosinteze. Energija u obliku ATP-a dobiva se prijenosom elektrona kroz lanac respiratornih enzima ugrađenih u ćelijsku membranu bakterije. Neke oksidirajuće supstance doniraju elektrone lancu na nivou citokroma c, što stvara dodatnu potrošnju energije za sintezu redukcionog agensa. Zbog velike potrošnje energije, kemosintetske bakterije, izuzev vodikovih, stvaraju malo biomase, ali oksidiraju veliku količinu anorganskih tvari.

U biosferi, hemosintetske bakterije kontrolišu oksidativna mesta ciklusa najvažnijih elemenata i stoga su od izuzetnog značaja za biogeohemiju. Bakterije vodonika mogu se koristiti za proizvodnju proteina i pročišćavanje atmosfere od CO 2 u zatvorenim ekološkim sistemima. Morfološki, kemosintetske bakterije su vrlo raznolike, iako većina pripada pseudomonadama; nalaze se među pupavim i filamentoznim bakterijama, spirilama, leptospirama i korinebakterijama.

Zelene biljke (autotrofi) su osnova života na planeti. Gotovo svi lanci ishrane počinju od biljaka. Oni pretvaraju energiju koja pada na njih u obliku sunčeve svjetlosti u energiju pohranjenu u ugljikohidratima, od kojih je najvažniji šećer glukoza sa šest ugljika. Ovaj proces konverzije energije naziva se fotosinteza. Ukupna jednadžba fotosinteze izgleda ovako:

voda + ugljični dioksid + svjetlost > ugljikohidrati + kisik

Godine 1905. engleski biljni fiziolog Frederick Blackman sproveo je istraživanje i ustanovio osnovne procese fotosinteze. Blackman je zaključio da se dešavaju dva procesa: jedan je bio jako ovisan o nivou svjetlosti, ali ne i temperaturi, dok je drugi bio pod jakim utjecajem temperature bez obzira na nivo svjetlosti. Ovaj uvid je bio osnova modernih ideja o fotosintezi. Ova dva procesa se ponekad nazivaju “svjetlo” i “tamna” reakcija, što nije sasvim tačno, jer se pokazalo da iako se reakcije “tamne” faze odvijaju u nedostatku svjetla, one zahtijevaju produkte “svjetlosti” faza.

Fotosinteza počinje kada fotoni koje emituje sunce uđu u posebne molekule pigmenta koje se nalaze u lišću – molekule klorofila. Hlorofil se nalazi u ćelijama lista, u membranama ćelijskih organela hloroplasta (oni su ti koji daju lišću zelenu boju). Proces hvatanja energije sastoji se od dvije faze i odvija se u odvojenim klasterima molekula – ovi klasteri se obično nazivaju Fotosistem I i Fotosistem II. Brojevi klastera odražavaju redosled kojim su ovi procesi otkriveni, a to je jedna od smešnih naučnih neobičnosti, budući da se u listu prvo javljaju reakcije u fotosistemu II, a tek onda u fotosistemu I.

Kada se foton sudari sa 250-400 molekula fotosistema II, energija se naglo povećava i prenosi na molekul hlorofila. U ovom trenutku se dešavaju dvije hemijske reakcije: molekul hlorofila gubi dva elektrona (koje prihvata drugi molekul, koji se naziva akceptor elektrona) i molekul vode se razdvaja. Elektroni dva atoma vodika koji su bili dio molekule vode zamjenjuju dva elektrona izgubljena hlorofilom.

Nakon toga, visokoenergetski (“brzi”) elektroni se prenose jedan na drugog poput vrućeg krompira pomoću molekularnih nosača spojenih u lancu. U tom slučaju dio energije odlazi na formiranje molekule adenozin trifosfata (ATP), jednog od glavnih nositelja energije u ćeliji. U međuvremenu, malo drugačiji molekul hlorofila Photosistema I apsorbuje energiju fotona i donira elektron drugom molekulu akceptora. Ovaj elektron je u hlorofilu zamijenjen elektronom koji je stigao duž lanca nosača iz fotosistema II. Energija elektrona iz fotosistema I i joni vodonika koji su prethodno nastali tokom cijepanja molekula vode koriste se za formiranje NADP-H, drugog molekula nosača.

Kao rezultat procesa hvatanja svjetlosti, energija dva fotona pohranjuje se u molekule koje stanica koristi za izvođenje reakcija, a formira se dodatni molekul kisika. Nakon što se sunčeva energija apsorbira i uskladišti, dolazi na red da se formiraju ugljikohidrati. Osnovni mehanizam sinteze ugljikohidrata u biljkama otkrio je Melvin Calvin. Ciklus pretvaranja sunčeve energije u ugljikohidrate sastoji se od niza kemijskih reakcija koje počinju kombinacijom nadolazećeg molekula s molekulom "pomoćnika", nakon čega slijedi pokretanje drugih kemijskih reakcija. Ove reakcije dovode do formiranja konačnog proizvoda i istovremeno reproduciraju "pomoćni" molekul, a ciklus počinje iznova. U Calvinovom ciklusu, ulogu takvog molekula „pomoćnika“ ima petougljični šećer ribuloza difosfat (RDP). Calvinov ciklus počinje spajanjem molekula ugljičnog dioksida s RDP-om. Zbog energije sunčeve svjetlosti pohranjene u obliku ATP-a i NADP-H, prvo dolazi do kemijskih reakcija fiksacije ugljika do formiranja ugljikohidrata, a zatim do reakcija rekonstrukcije ribuloza difosfata. Tokom šest krugova ciklusa, šest atoma ugljika je ugrađeno u molekule prekursora glukoze i drugih ugljikohidrata. Ovaj ciklus hemijskih reakcija će se nastaviti sve dok se energija isporučuje. Zahvaljujući ovom ciklusu, energija sunčeve svjetlosti postaje dostupna živim organizmima.

27-feb-2014 | Jedan komentar | Lolita Okolnova

fotosinteza- proces stvaranja organskih tvari iz ugljičnog dioksida i vode na svjetlu uz sudjelovanje fotosintetskih pigmenata.

Hemosinteza- metoda autotrofne ishrane u kojoj su izvor energije za sintezu organskih supstanci iz CO 2 reakcije oksidacije anorganskih jedinjenja

Tipično, svi organizmi sposobni da sintetiziraju organske tvari iz neorganskih tvari, tj. organizmi sposobni za fotosinteza i hemosinteza, pogledajte .

Neki se tradicionalno klasifikuju kao autotrofi.

Razgovarali smo ukratko o strukturi biljne ćelije, pogledajmo detaljnije ceo proces...

Suština fotosinteze

(sumarna jednadžba)

Glavna supstanca uključena u višestepeni proces fotosinteze je hlorofil. To je ono što transformiše sunčevu energiju u hemijsku energiju.

Slika prikazuje šematski prikaz molekule hlorofila, inače, molekula je vrlo slična molekuli hemoglobina...

Hlorofil je ugrađen u chloroplast grana:

Svetlosna faza fotosinteze:

(izvodi se na tilakoidnim membranama)

Svjetlost koja udari u molekul hlorofila apsorbira ga i dovodi ga u pobuđeno stanje - elektron koji je dio molekule, nakon što je apsorbirao energiju svjetlosti, prelazi na viši energetski nivo i učestvuje u procesima sinteze;
Pod uticajem svetlosti dolazi i do cepanja (fotolize) vode:

U tom slučaju kisik se uklanja u vanjsko okruženje, a protoni se akumuliraju unutar tilakoida u "rezervoar protona"

2N + + 2e - + NADP → NADPH 2

NADP je specifična supstanca, koenzim, tj. katalizator, u ovom slučaju nosač vodonika.

sintetizirana (energija)

Tamna faza fotosinteze

(javlja se u stromi hloroplasta)

stvarna sinteza glukoze

dolazi do ciklusa reakcija u kojima nastaje C 6 H 12 O 6. Ove reakcije koriste energiju ATP-a i NADPH 2 formirane u svjetlosnoj fazi; Osim glukoze, tokom fotosinteze nastaju i drugi monomeri složenih organskih jedinjenja - aminokiseline, glicerol i masne kiseline, nukleotidi

Napomena: ova faza je mračna ne zove se zato što se dešava noću - sinteza glukoze se odvija, općenito, 24 sata, ali tamna faza više ne zahtijeva svjetlosnu energiju.

“Fotosinteza je proces od kojeg u konačnici zavise sve manifestacije života na našoj planeti.”

K.A. Timiryazev.

Kao rezultat fotosinteze, na Zemlji se formira oko 150 milijardi tona organske materije i oslobađa se oko 200 milijardi tona slobodnog kiseonika godišnje. Osim toga, biljke uključuju milijarde tona dušika, fosfora, sumpora, kalcija, magnezija, kalija i drugih elemenata u ciklus. Iako zeleni list koristi samo 1-2% svjetlosti koja pada na njega, organsku tvar koju stvara biljka i kisik općenito.

Hemosinteza

Hemosinteza se odvija zahvaljujući energiji koja se oslobađa tokom reakcija hemijske oksidacije različitih neorganskih jedinjenja: vodonika, sumporovodika, amonijaka, gvožđe(II) oksida itd.

Prema tvarima uključenim u metabolizam bakterija, razlikuju se:

bakterije sumpora - mikroorganizmi vodnih tijela koji sadrže H 2 S - izvori vrlo karakterističnog mirisa,
gvozdene bakterije,
nitrificirajuće bakterije - oksidiraju amonijak i dušičnu kiselinu,
bakterije koje fiksiraju dušik - obogaćuju tla, uvelike povećavaju produktivnost,
bakterije koje oksidiraju vodonik

Ali suština ostaje ista - i ovo je

Ko se od nas ne sjeća definicije "fotosinteze" iz časova botanike u školi? “Proces stvaranja organske tvari iz ugljičnog dioksida i vode na svjetlu uz sudjelovanje fotosintetskih pigmenata.” Znajući napamet ovu lakoničnu definiciju, malo ko se od nas zapitao šta se krije iza nje?

Esencijalno, fotosinteza je kemijska reakcija uslijed koje se šest molekula CO2 spaja sa šest molekula vode u jednu molekulu glukoze - građevni blok naše organske tvari. Molekularni kiseonik proizveden tokom fotosinteze je samo nusproizvod. Međutim, upravo ovaj „nusproizvod“ je jedan od glavnih izvora atmosferskog kiseonika, toliko neophodnog višim organizmima.

Čini se da je sve vrlo jednostavno: ćelija fotosintetskog organizma je svojevrsni "konus" za kemijsku reakciju dvije komponente. Ali u stvarnosti se ispostavlja da je mehanizam reakcije mnogo složeniji. Ispostavilo se da se proces sastoji od dvije reakcije: “svjetlo” i “mračno”. Prvi je povezan s cijepanjem molekule vode na vodik i kisik pomoću svjetlosne energije. Sunčevu svetlost apsorbuje specijalni pigment ćelije koji apsorbuje svetlost, hlorofil (obojen zeleno). Zatim se energija prenosi u molekule ATP-a, koji oslobađaju rezultirajuću energiju u drugoj fazi fotosinteze - "tamnoj" reakciji. "Tamna" reakcija je direktna reakcija između ugljičnog dioksida i vodika za stvaranje glukoze.

Fotosintezu mogu provoditi biljke, alge i neke vrste mikroorganizama. Zahvaljujući njihovoj vitalnoj aktivnosti, postaje moguće postojanje, na primjer, životinja čija se hrana sastoji od organskih tvari. Ali da li je fotosinteza jedini oblik pretvaranja ugljičnog dioksida u organsku tvar? br. Ispostavilo se da priroda pruža i drugi, alternativni put za stvaranje organskih supstanci iz CO2 - hemosinteza.

Razlika između kemosinteze i fotosinteze je odsustvo "svjetlosne" reakcije. Kao izvor energije, ćelije hemosintetskih organizama ne koriste energiju sunčeve svetlosti, već energiju hemijskih reakcija. Koji? Reakcije oksidacije vodonika, ugljičnog monoksida, redukcije sumpora, željeza, amonijaka, nitrita, antimona.

Naravno, svaki hemosintetski organizam koristi sopstvenu hemijsku reakciju kao izvor energije. Na primjer, vodikove bakterije oksidiraju vodik, nitrifikacijske bakterije pretvaraju amonijak u nitratni oblik, itd. Međutim, svi oni skladište energiju oslobođenu tokom hemijske reakcije u obliku molekula ATP. Nadalje, proces se odvija prema vrsti reakcija tamne faze fotosinteze.
Samo neke vrste bakterija imaju sposobnost kemosinteze. Njihova uloga u prirodi je kolosalna. Ne „proizvode“ atmosferski kiseonik i ne akumuliraju velike količine organske materije. Međutim, kemijske reakcije koje koriste tokom svog života igraju ključnu ulogu u biogeohemiji, osiguravajući, između ostalog, kruženje dušika, sumpora i drugih elemenata u prirodi.

Fotosinteza i hemosinteza su neki od najfascinantnijih procesa koji se dešavaju u živim organizmima. Poznavanje razlika između ove dvije reakcije smatra se neophodnim minimumom za srednjoškolca, ali upravo poređenje ovih najvažnijih procesa često dovodi u omamljenost i najmarljivije i najpromišljenije učenike.

Definicija

fotosinteza- proces sinteze organske materije, stimulisan energijom sunčeve svetlosti.

Hemosinteza– proces formiranja organskih jedinjenja, koji „pokreće“ bez obaveznog prisustva solarnih kvanta.

Poređenje

Fotosinteza je izvor vitalne aktivnosti živih autotrofnih bića, odnosno velike većine predstavnika carstva biljaka i nekih vrsta bakterija, koje zauzvrat služe kao glavna hrana ili početak piramide ishrane za heterotrofne i saprotrofne organizme. Zahvaljujući fotosintezi, na Zemlji se godišnje formira 150 milijardi tona organske materije, a atmosfera se puni sa 200 milijardi tona kiseonika, pogodnog za disanje drugih organizama.

Fotosinteza se odvija u plastidima - organelama biljnih ćelija koje imaju pigment hlorofil. U procesu redoks reakcije, a to je fotosinteza, biljka troši vodu i anorganske tvari, odnosno ugljični dioksid. Ovaj proces je stimulisan prisustvom energije iz solarnih kvanta. Kao rezultat reakcije, oslobađa se kisik i sintetiziraju se organske tvari - u većini slučajeva glukoza, također poznata kao heksoza ili grožđani šećer.

Zahvaljujući kemosintezi, u biosferi dolazi do ciklusa dušika, bakterije sumpora izgaraju stijene, stvarajući osnovu za formiranje tla, a vodikove bakterije oksidiraju opasne količine vodika koje se nakupljaju tokom života nekih mikroorganizama. Osim toga, nitrificirajuće bakterije pomažu u povećanju plodnosti tla, a sumporne bakterije su uključene u pročišćavanje otpadnih voda.

Hemosinteza se nalazi u ćelijama bakterija i arheja. U procesu redoks reakcija sintetiziraju se organske tvari. Ne direktno, već kroz stvaranje ATP energije, koja se kasnije troši na sintezu organske tvari. Da bi to učinili, živi organizmi koriste CO 2, vodik i kisik koji nastaju oksidacijom amonijaka, željeznog oksida, sumporovodika i vodika. S obzirom da se hemosinteza može odvijati pod zemljom, u dubinama Svjetskog okeana, usred drugih živih organizama, nije vezana za svjetlosnu energiju, ne „pokreće“ se od nje i ne zavisi od Sunca.

Zaključci web stranica

Fotosinteza je nemoguća bez energije sunčeve svjetlosti; hemosintezi ona nije potrebna.
Biljke i bakterije fotosintetiziraju, bakterije i arheje kemosintetiziraju.
Oba procesa imaju različit biološki značaj.