Razlika između fotosinteze i kemosinteze. Kemosinteza je jedinstven proces ishrane bakterija.Po čemu se kemosinteza razlikuje od fotosinteze?

Sva živa bića trebaju hranu i hranjive tvari. Prilikom hranjenja koriste energiju pohranjenu prvenstveno u organskim spojevima - bjelančevinama, mastima, ugljikohidratima. Heterotrofni organizmi koriste hranu biljnog i životinjskog podrijetla koja već sadrži organske spojeve. Biljke stvaraju organsku tvar procesom fotosinteze.

Istraživanja fotosinteze započela su 1630. pokusima Nizozemca van Helmonta. Dokazao je da biljke ne dobivaju organsku tvar iz tla, već je same stvaraju.

Joseph Priestley 1771. godine dokazao je "ispravljanje" zraka biljkama. Postavljeni ispod staklenog poklopca, apsorbirali su ugljični dioksid koji je oslobodio tinjajući komadić.

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

Kloroplasti i nabori citoplazmatske membrane prokariota sadrže zeleni pigment - klorofil, čija se molekula može pobuditi sunčevom svjetlošću, donirati svoje elektrone i pomaknuti ih na više energetske razine. Ovaj se proces može usporediti s bacanjem lopte uvis. Kako se lopta diže, ona pohranjuje potencijalnu energiju; padajući, gubi je. Elektroni se ne vraćaju, već ih preuzimaju prijenosnici elektrona (NADP+ - nikotinamid difosfat). U ovom slučaju, energija koju su prethodno akumulirali djelomično se troši na stvaranje ATP-a. Nastavljajući usporedbu s bačenom loptom, možemo reći da lopta pri padu zagrijava okolni prostor, a dio energije padajućih elektrona pohranjuje se u obliku ATP-a. Proces fotosinteze dijeli se na reakcije uzrokovane svjetlošću i reakcije povezane s fiksacijom ugljika: svjetlo I mračno fazama.

Lagana faza- Ovo je faza u kojoj se svjetlosna energija koju apsorbira klorofil pretvara u elektrokemijsku energiju u transportnom lancu elektrona. Provodi se na svjetlu, u gran membranama uz sudjelovanje proteina transportera i ATP sintetaze.

Reakcije, uzrokovane svjetlošću, javljaju se na fotosintetskim membranama granula kloroplasta:

1) pobuđivanje elektrona klorofila svjetlosnim kvantima i njihov prijelaz na višu energetsku razinu;

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 unutarnje membrane kloroplasta od kojih nastaju žitarica– gomile membrana.

rezultate svjetlosne reakcije:

fotoliza vode uz stvaranje slobodnog kisika,

sinteza ATP-a,

smanjenje NADP+ na NADP N.

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

Proizlaziti tamne reakcije: pretvorba ugljičnog dioksida u glukozu i potom u škrob. Osim molekula glukoze, u stromi se stvaraju aminokiseline, nukleotidi i alkoholi.

Ukupna jednadžba za fotosintezu je -

Značenje fotosinteze:

stvara se slobodni kisik koji je neophodan za disanje organizama i stvaranje zaštitnog ozonskog platna (zaštita organizma od štetnog djelovanja ultraljubičastog zračenja);

proizvodnja sirovih organskih tvari - hrana za sva živa bića;

smanjenje koncentracije ugljičnog dioksida u atmosferi.

Kemosinteza – nastajanje organskih spojeva iz anorganskih zahvaljujući energiji redoks reakcija spojeva dušika, željeza i sumpora.

Uloga kemosinteze: kemosintetske bakterije razaraju stijene, pročišćavaju otpadne vode i sudjeluju u stvaranju minerala.

Tematski zadaci

A1. Fotosinteza je povezana sa:

1) razgradnja organskih tvari u anorganske

2) stvaranje organskih tvari iz anorganskih

3) kemijska pretvorba glukoze u škrob

4) stvaranje celuloze

A2. Polazni materijal za fotosintezu je

1) proteini i ugljikohidrati

2) ugljični dioksid i voda

3) kisik i ATP

4) glukoza i kisik

A3. Nastaje svjetlosna faza fotosinteze

1) u grani kloroplasta

2) u leukoplastima

3) u stromi kloroplasta

4) u mitohondrijima

A4. Energija pobuđenih elektrona u svjetlosnom stupnju koristi se za:

1) Sinteza ATP-a

2) sinteza glukoze

3) sinteza proteina

4) razgradnja ugljikohidrata

A5. Kao rezultat fotosinteze, kloroplasti proizvode:

1) ugljični dioksid i kisik

2) glukoza, ATP i kisik

3) bjelančevine, masti, ugljikohidrati

4) ugljični 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) stvaranje glukoze

3) sinteza ATP i NADP H

4) korištenje CO 2

5) obrazovanje O 2

6) korištenje ATP energije

U 2. Odaberite tvari koje sudjeluju u procesu fotosinteze

1) celuloza

2) glikogen

3) klorofil

6) nukleinske kiseline

Kemosinteza (od kemo... i sinteza), ili točnije, kemolitoautotrofija, vrsta je prehrane karakteristična za neke bakterije koje su sposobne asimilirati CO 2 kao jedini izvor ugljika zahvaljujući energiji oksidacije anorganskih spojeva. Otkriće kemosinteze 1887. (S. N. Vinogradsky) značajno je promijenilo ideje o glavnim vrstama 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 veća od 10 kcal/mol.

Bakterije sposobne za kemosintezu nisu jedna taksonomska skupina, već su sistematizirane ovisno o oksidiranom anorganskom supstratu. Među njima ima mikroorganizama koji oksidiraju vodik, ugljikov monoksid, reducirane sumporne spojeve, željezo, amonijak, nitrite i antimon.

Vodikove bakterije su najbrojnija i najraznovrsnija skupina kemosintetskih 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 usporedbi s drugim autotrofnim mikroorganizmima karakterizira ih visoka stopa rasta i mogu proizvesti veliku biomasu. Ove bakterije također su sposobne rasti na podlogama koje sadrže organske tvari, tj. one su mikotrofne, odnosno fakultativno kemoautotrofne bakterije.

Blizu vodikovih bakterija su karboksidobakterije, koje oksidiraju CO reakcijom 25CO + 12O 2 + H 2 O + 24CO 2 + (CH 2 O). Tionske bakterije oksidiraju vodikov sulfid, tiosulfat i molekularni sumpor u sumpornu kiselinu. Neki od njih (Thiobacillus ferrooxidans) oksidiraju sulfidne minerale, kao i dvovalentno željezo. Sposobnost kemosinteze kod raznih vodenih sumpornih bakterija ostaje nedokazana.

Nitrifikacijske bakterije oksidiraju amonijak u nitrit (1. stupanj nitrifikacije) i nitrit u nitrat (2. stupanj). U anaerobnim uvjetima, kemosinteza se opaža kod nekih denitrifikacijskih bakterija koje oksidiraju vodik ili sumpor, ali one često zahtijevaju organsku tvar za biosintezu (litoheterotrofija). Kemosinteza je opisana kod nekih striktno anaerobnih bakterija koje proizvode metan prema reakciji 4H 2 + CO 2 = CH 4 + 2H 2 O.

Biosinteza organskih spojeva tijekom kemosinteze odvija se kao rezultat autotrofne asimilacije CO 2 (Calvinov ciklus) na isti način kao i tijekom fotosinteze. Energija u obliku ATP-a dobiva se prijenosom elektrona kroz lanac respiratornih enzima ugrađenih u membranu bakterijske stanice. Neke oksidirajuće tvari doniraju elektrone lancu na razini citokroma c, što stvara dodatni utrošak energije za sintezu redukcijskog agensa. Zbog velike potrošnje energije, kemosintetizirajuće bakterije, s izuzetkom vodikovih, stvaraju malo biomase, ali oksidiraju veliku količinu anorganskih tvari.

U biosferi kemosintetske bakterije kontroliraju oksidativna mjesta ciklusa najvažnijih elemenata i stoga su od iznimne važnosti za biogeokemiju. Vodikove bakterije mogu se koristiti za proizvodnju proteina i pročišćavanje atmosfere od CO 2 u zatvorenim ekološkim sustavima. Morfološki su kemosintetske bakterije vrlo raznolike, iako ih većina pripada pseudomonadama, a nalaze se među pupoljcima i nitastim bakterijama, spirilama, leptospirama i korinebakterijama.

Zelene biljke (autotrofi) osnova su života na planeti. Gotovo svi prehrambeni lanci započinju s biljkama. Oni pretvaraju energiju koja na njih pada u obliku sunčeve svjetlosti u energiju pohranjenu u ugljikohidratima, od kojih je najvažniji šećer glukoza sa šest ugljika. Ovaj proces pretvorbe energije naziva se fotosinteza. Ukupna jednadžba za fotosintezu izgleda ovako:

voda + ugljikov dioksid + svjetlo > ugljikohidrati + kisik

Godine 1905. engleski fiziolog biljaka Frederick Blackman proveo je istraživanje i ustanovio osnovne procese fotosinteze. Blackman je zaključio da se događaju dva procesa: jedan je uvelike ovisio o razini svjetlosti, ali ne i o temperaturi, dok je drugi bio pod jakim utjecajem temperature bez obzira na razinu svjetlosti. Taj je uvid bio temelj modernih ideja o fotosintezi. Dva procesa se ponekad nazivaju "svjetlo" i "tamno" reakcije, što nije sasvim točno, jer se pokazalo da, iako se reakcije "tamne" faze odvijaju u nedostatku svjetla, one zahtijevaju proizvode "svjetla" faza.

Fotosinteza počinje kada fotoni koje emitira sunce uđu u posebne molekule pigmenta koje se nalaze u listu – molekule klorofila. Klorofil se nalazi u stanicama lista, u membranama staničnih organela kloroplasta (oni daju listu zelenu boju). Proces hvatanja energije sastoji se od dvije faze i odvija se u odvojenim klasterima molekula - ti se klasteri obično nazivaju fotosustav I i fotosustav II. Brojevi klastera odražavaju redoslijed kojim su ti procesi otkriveni, a to je jedna od smiješnih znanstvenih neobičnosti, budući da se u listu prvo odvijaju reakcije u fotosustavu II, a tek onda u fotosustavu I.

Kada se foton sudari s 250-400 molekula fotosustava II, energija naglo raste i prenosi se na molekulu klorofila. U ovom trenutku se događaju dvije kemijske reakcije: molekula klorofila gubi dva elektrona (koje prihvaća druga molekula, koja se naziva akceptor elektrona) i molekula vode se cijepa. Elektroni dvaju atoma vodika koji su bili dio molekule vode zamjenjuju dva elektrona izgubljena klorofilom.

Nakon toga visokoenergetski (“brzi”) elektron lančano okupljeni molekularni nositelji prenose jedni na druge poput vrućeg krumpira. U tom slučaju dio energije odlazi na stvaranje molekule adenozin trifosfata (ATP), jednog od glavnih nositelja energije u stanici. U međuvremenu, nešto drugačija molekula klorofila Photosystem I apsorbira energiju fotona i predaje elektron drugoj akceptorskoj molekuli. Taj se elektron u klorofilu zamjenjuje elektronom koji je stigao duž lanca nositelja iz fotosustava II. Energija elektrona iz fotosustava I i iona vodika koji su prethodno nastali tijekom cijepanja molekule vode koriste se za stvaranje NADP-H, druge molekule nosača.

Kao rezultat procesa hvatanja svjetlosti, energija dvaju fotona pohranjuje se u molekule koje stanica koristi za izvođenje reakcija te nastaje dodatna molekula kisika. Nakon što se sunčeva energija apsorbira i skladišti, na red dolaze 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 ulazne molekule s molekulom "pomoćnicom", nakon čega slijedi pokretanje drugih kemijskih reakcija. Ove reakcije dovode do stvaranja konačnog produkta i istovremeno reproduciraju molekulu “pomoćnicu”, te ciklus počinje iznova. U Calvinovom ciklusu ulogu takve molekule "pomagača" ima šećer ribuloza difosfat s pet ugljika (RDP). Calvinov ciklus započinje spajanjem molekula ugljičnog dioksida s RDP-om. Zbog energije sunčeve svjetlosti pohranjene u obliku ATP-a i NADP-H, najprije se odvijaju kemijske reakcije fiksacije ugljika pri čemu nastaju ugljikohidrati, a potom se javljaju reakcije rekonstrukcije ribulozadifosfata. Tijekom šest okretaja ciklusa, šest atoma ugljika ugrađuje se u molekule prekursora glukoze i drugih ugljikohidrata. Ovaj ciklus kemijskih reakcija nastavit će se sve dok postoji energija. Zahvaljujući ovom ciklusu, energija sunčeve svjetlosti postaje dostupna živim organizmima.

27. veljače 2014. | Jedan komentar | Lolita Okoljnova

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

Kemosinteza- metoda autotrofne prehrane u kojoj su izvor energije za sintezu organskih tvari iz CO 2 reakcije oksidacije anorganskih spojeva

Tipično, svi organizmi koji su sposobni sintetizirati organske tvari iz anorganskih tvari, tj. organizmi sposobni za fotosinteza i kemosinteza, odnosi se na .

Neki se tradicionalno klasificiraju kao autotrofi.

Ukratko smo razgovarali o građi biljne stanice, pogledajmo cijeli proces detaljnije...

Suština fotosinteze

(sažeta jednadžba)

Glavna tvar uključena u višefazni proces fotosinteze je klorofil. To je ono što pretvara sunčevu energiju u kemijsku energiju.

Slika prikazuje shematski prikaz molekule klorofila, inače, molekula je vrlo slična molekuli hemoglobina...

Klorofil je ugrađen u grana kloroplasta:

Svjetlosna faza fotosinteze:

(provodi se na tilakoidnim membranama)

Svjetlost koja udara u molekulu klorofila apsorbira je i dovodi je u pobuđeno stanje - elektron koji je dio molekule, apsorbirajući energiju svjetlosti, prelazi na višu energetsku razinu i sudjeluje u procesima sinteze;
Pod utjecajem svjetlosti dolazi i do cijepanja (fotolize) vode:

U ovom slučaju, kisik se uklanja u vanjsko okruženje, a protoni se nakupljaju unutar tilakoida u "spremniku protona"

2N + + 2e - + NADP → NADPH 2

NADP je specifična tvar, koenzim, tj. katalizator, u ovom slučaju nosač vodika.

sintetizirana (energija)

Tamna faza fotosinteze

(javlja se u stromi kloroplasta)

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 nastale u svjetlosnoj fazi; Osim glukoze, tijekom fotosinteze nastaju i drugi monomeri složenih organskih spojeva - aminokiseline, glicerol i masne kiseline, nukleotidi

Imajte na umu: ova faza je mračna zove se ne zato što se događa noću - sinteza glukoze događa se, općenito, 24 sata, ali tamna faza više ne zahtijeva svjetlosnu energiju.

“Fotosinteza je proces o kojem u konačnici ovise sve manifestacije života na našem planetu.”

K. A. Timirjazeva.

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

Kemosinteza

Kemosinteza se odvija zbog energije koja se oslobađa tijekom reakcija kemijske oksidacije različitih anorganskih spojeva: vodika, sumporovodika, amonijaka, željezovog (II) oksida itd.

Prema tvarima koje sudjeluju u metabolizmu bakterije razlikuju se:

sumporne bakterije - mikroorganizmi vodenih tijela koji sadrže H 2 S - izvori vrlo karakterističnog mirisa,
bakterije željeza,
nitrifikacijske bakterije - oksidiraju amonijak i dušikastu kiselinu,
bakterije koje fiksiraju dušik - obogaćuju tla, uvelike povećavaju produktivnost,
bakterije koje oksidiraju vodik

Ali suština ostaje ista - ovo je također

Tko se od nas ne sjeća definicije "fotosinteze" iz lekcija botanike u školi? “Proces stvaranja organske tvari iz ugljičnog dioksida i vode na svjetlu uz sudjelovanje fotosintetskih pigmenata.” Znajući ovu lakonsku definiciju napamet, malo nas se zapitalo što se krije iza nje?

U srži, 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 kisik proizveden tijekom fotosinteze samo je nusproizvod. Međutim, upravo je ovaj "nusproizvod" jedan od glavnih izvora atmosferskog kisika, toliko potrebnog višim organizmima.

Čini se da je sve vrlo jednostavno: stanica fotosintetskog organizma je vrsta "stošca" za kemijsku reakciju dviju komponenti. Ali u stvarnosti, mehanizam reakcije se pokazao mnogo složenijim. Ispada da se proces sastoji od dvije reakcije: "svjetla" i "tama". Prvi je povezan s cijepanjem molekule vode na vodik i kisik pomoću svjetlosne energije. Sunčevu svjetlost apsorbira poseban stanični pigment koji upija svjetlost, klorofil (zeleno obojen). Zatim se energija prenosi u molekule ATP-a, koje oslobađaju dobivenu energiju u drugoj fazi fotosinteze - "tamnoj" reakciji. "Tamna" reakcija je izravna reakcija između ugljičnog dioksida i vodika pri čemu nastaje glukoza.

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. No je li fotosinteza jedini oblik pretvaranja ugljičnog dioksida u organsku tvar? Ne. Ispostavilo se da priroda nudi i drugi, alternativni, put za stvaranje organskih tvari iz CO2 - kemosinteza.

Razlika između kemosinteze i fotosinteze je odsutnost "svjetlosne" reakcije. Kao izvor energije stanice kemosintetskih organizama ne koriste energiju sunčeve svjetlosti, već energiju kemijskih reakcija. Koji? Reakcije oksidacije vodika, ugljičnog monoksida, redukcije sumpora, željeza, amonijaka, nitrita, antimona.

Naravno, svaki kemosintetski organizam koristi vlastitu kemijsku reakciju kao izvor energije. Na primjer, vodikove bakterije oksidiraju vodik, nitrifikacijske bakterije pretvaraju amonijak u nitratni oblik itd. Međutim, svi oni pohranjuju energiju oslobođenu tijekom kemijske reakcije u obliku ATP molekula. Nadalje, proces se odvija prema vrsti reakcija tamne faze fotosinteze.
Samo neke vrste bakterija imaju sposobnost kemosinteze. Njihova uloga u prirodi je kolosalna. Oni ne “proizvode” atmosferski kisik i ne nakupljaju velike količine organske tvari. Međutim, kemijske reakcije koje koriste tijekom svog života igraju ključnu ulogu u biogeokemiji, osiguravajući, između ostalog, ciklus dušika, sumpora i drugih elemenata u prirodi.

Fotosinteza i kemosinteza neki su od najfascinantnijih procesa koji se odvijaju u živim organizmima. Poznavanje razlika između ovih dviju reakcija smatra se nužnim minimumom za srednjoškolca, ali usporedba ovih nadasve važnih procesa često tjera u stupor najmarljivije i najpromišljenije učenike.

Definicija

Fotosinteza- proces sinteze organske tvari, potaknut energijom sunčeve svjetlosti.

Kemosinteza– proces stvaranja organskih spojeva, koji se “pokreće” bez obvezne prisutnosti solarnih kvanta.

Usporedba

Fotosinteza je izvor vitalne aktivnosti živih autotrofnih bića, odnosno velike većine predstavnika kraljevstva biljaka i nekih vrsta bakterija, koje zauzvrat služe kao glavna hrana ili početak prehrambene piramide za heterotrofne i saprotrofne organizme. Zahvaljujući fotosintezi godišnje na Zemlji nastane 150 milijardi tona organske tvari, a atmosfera se popuni s 200 milijardi tona kisika, pogodnog za disanje drugih organizama.

Fotosinteza se odvija u plastidima – organelama biljnih stanica koje imaju pigment klorofil. U procesu redoks reakcije, odnosno fotosinteze, biljka troši vodu i anorganske tvari, odnosno ugljični dioksid. Ovaj proces je stimuliran prisutnošću energije sunčevih kvanta. Kao rezultat reakcije oslobađa se kisik i sintetiziraju se organske tvari - u većini slučajeva glukoza, poznata i kao heksoza ili grožđani šećer.

Zahvaljujući kemosintezi, u biosferi se odvija ciklus dušika, sumporne bakterije troše stijene, stvarajući osnovu za nastanak tla, a vodikove bakterije oksidiraju opasne količine vodika koje se nakupljaju tijekom života nekih mikroorganizama. Osim toga, nitrifikacijske bakterije pomažu u povećanju plodnosti tla, a sumporne bakterije sudjeluju u pročišćavanju otpadnih voda.

Kemosinteza se odvija u stanicama bakterija i arheja. U procesu redoks reakcija sintetiziraju se organske tvari. Ne izravno, već stvaranjem ATP energije, koja se kasnije troši na sintezu organske tvari. U tu svrhu živi organizmi koriste CO 2, vodik i kisik koji nastaju oksidacijom amonijaka, željeznog oksida, sumporovodika i vodika. S obzirom na to da se kemosinteza može odvijati pod zemljom, u dubinama Svjetskog oceana, usred drugih živih organizama, ona nije vezana za svjetlosnu energiju, ne “pokreće” se njome i ne ovisi o Suncu.

Web stranica Zaključci

Fotosinteza je nemoguća bez energije sunčeve svjetlosti; kemosinteza je ne treba.
Biljke i bakterije fotosintetiziraju, bakterije i arheje kemosintetiziraju.
Oba procesa imaju različito biološko značenje.