Diferența dintre fotosinteză și chemosinteză. Chemosinteza este un proces unic de hrănire a bacteriilor. Cum diferă chimiosinteza de fotosinteză?

Toate ființele vii au nevoie de hrană și nutrienți. Când se hrănesc, folosesc energia stocată în primul rând în compuși organici - proteine, grăsimi, carbohidrați. Organismele heterotrofe folosesc alimente de origine vegetală și animală care conțin deja compuși organici. Plantele creează materie organică prin procesul de fotosinteză.

Cercetările în fotosinteză au început în 1630 cu experimentele olandezului van Helmont. El a demonstrat că plantele nu obțin materie organică din sol, ci o creează singure.

Joseph Priestley în 1771 a dovedit „corecția” aerului cu plante. Așezate sub un capac de sticlă, au absorbit dioxidul de carbon eliberat de așchia care mocnește.

S-a stabilit acum că fotosinteză este procesul de formare a compușilor organici din CO 2 și apă folosind energia luminoasă și are loc în cloroplastele plantelor verzi și pigmenții verzi ai unor bacterii fotosintetice.

Cloroplastele și pliurile membranei citoplasmatice a procariotelor conțin un pigment verde - clorofilă, a cărei moleculă este capabilă să fie excitată de lumina soarelui, donându-și electronii și mutându-i la niveluri mai mari de energie. Acest proces poate fi comparat cu aruncarea unei mingi în sus. Pe măsură ce mingea se ridică, ea stochează energia potențială; căzând, o pierde. Electronii nu cad înapoi, ci sunt preluați de purtătorii de electroni (NADP+ - nicotinamid difosfat). În acest caz, energia acumulată anterior este cheltuită parțial pentru formarea ATP. Continuând comparația cu o minge aruncată, putem spune că mingea, pe măsură ce cade, încălzește spațiul înconjurător, iar o parte din energia electronilor în cădere este stocată sub formă de ATP. Procesul de fotosinteză este împărțit în reacții cauzate de lumină și reacții asociate cu fixarea carbonului: ușoarăȘi întuneric faze.

Faza de lumină- Acesta este stadiul în care energia luminoasă absorbită de clorofilă este transformată în energie electrochimică în lanțul de transport de electroni. Se desfășoară în lumină, în membrane grani, cu participarea proteinelor transportoare și a ATP sintetazei.

Reacții, cauzate de lumină, apar pe membranele fotosintetice ale granulelor de cloroplast:

1) excitarea electronilor clorofilei de către cuante de lumină și trecerea lor la un nivel de energie mai înalt;

2) reducerea acceptoarelor de electroni – NADP+ la NADP H

2H+ + 4e- + NADP+ → NADP H;

3) fotoliza apei: 2H2O → 4H+ + 4e- + O2.

Acest proces are loc în interior tilacoizi– pliuri ale membranei interioare a cloroplastelor din care sunt formate boabe– stive de membrane.

rezultate reactii la lumina:

fotoliza apei cu formarea de oxigen liber,

sinteza ATP,

reducerea NADP+ la NADP N.

Faza intunecata– procesul de transformare a CO 2 în glucoză în stroma(spațiul dintre grana) de cloroplaste folosind energia ATP și NADP H.

Rezultat reacții întunecate: conversia dioxidului de carbon în glucoză și apoi în amidon. Pe lângă moleculele de glucoză, în stromă are loc formarea de aminoacizi, nucleotide și alcooli.

Ecuația generală pentru fotosinteză este -

Semnificația fotosintezei:

se formează oxigen liber, care este necesar pentru respirația organismelor și formarea unui ecran de ozon protector (protejând organismele de efectele nocive ale radiațiilor ultraviolete);

producerea de substanţe organice brute - hrana pentru toate fiintele vii;

reducerea concentrației de dioxid de carbon din atmosferă.

Chemosinteza – formarea compușilor organici din cei anorganici datorită energiei reacțiilor redox ale compușilor de azot, fier și sulf.

Rolul chimiosintezei: bacteriile chemosintetice distrug rocile, purifică apele uzate și participă la formarea mineralelor.

Sarcini tematice

A1. Fotosinteza este asociată cu:

1) descompunerea substanţelor organice în anorganice

2) crearea de substanțe organice din anorganice

3) conversia chimică a glucozei în amidon

4) formarea celulozei

A2. Materialul de plecare pentru fotosinteză este

1) proteine și carbohidrați

2) dioxid de carbon și apă

3) oxigen și ATP

4) glucoză și oxigen

A3. Are loc faza ușoară a fotosintezei

1) în grana de cloroplaste

2) în leucoplaste

3) în stroma cloroplastelor

4) în mitocondrii

A4. Energia electronilor excitați în stadiul de lumină este utilizată pentru:

1) sinteza ATP

2) sinteza glucozei

3) sinteza proteinelor

4) descompunerea carbohidraților

A5. Ca rezultat al fotosintezei, cloroplastele produc:

1) dioxid de carbon și oxigen

2) glucoză, ATP și oxigen

3) proteine, grăsimi, carbohidrați

4) dioxid de carbon, ATP și apă

A6. Organismele chimiotrofe includ

1) agenți patogeni ai tuberculozei

2) bacterii lactice

3) bacterii cu sulf

ÎN 1. Selectați procesele care au loc în faza luminoasă a fotosintezei

1) fotoliza apei

2) formarea glucozei

3) sinteza ATP și NADP H

4) utilizarea CO2

5) educație O 2

6) utilizarea energiei ATP

LA 2. Selectați substanțele implicate în procesul de fotosinteză

1) celuloza

2) glicogen

3) clorofilă

6) acizi nucleici

Chemosinteza (din chimio... si sinteza), sau mai corect, chemolitoautotrofia, este un tip de nutritie caracteristic unor bacterii care sunt capabile sa asimileze CO 2 ca unica sursa de carbon datorita energiei de oxidare a compusilor anorganici. Descoperirea chimiosintezei în 1887 (S. N. Vinogradsky) a schimbat semnificativ ideile despre principalele tipuri de metabolism în organismele vii. Spre deosebire de fotosinteză, chimiosinteza nu folosește energia luminoasă, ci energia obținută în urma reacțiilor redox, care trebuie să fie suficientă pentru sinteza acidului adenozin trifosforic (ATP) și să depășească 10 kcal/mol.

Bacteriile capabile de chimiosinteză nu sunt un singur grup taxonomic, ci sunt sistematizate în funcție de substratul anorganic oxidat. Printre acestea se numără microorganisme care oxidează hidrogenul, monoxidul de carbon, compușii cu sulf redus, fierul, amoniacul, nitriții și antimoniul.

Bacteriile cu hidrogen sunt grupul cel mai numeros și mai divers de organisme chemosintetice; se efectuează reacția 6H 2 + 2O 2 + CO 2 = (CH 2 O) + 5H 2 O, unde (CH 2 O) este simbolul substanțelor organice rezultate. În comparație cu alte microorganisme autotrofe, acestea se caracterizează printr-o rată mare de creștere și pot produce biomasă mare. Aceste bacterii sunt, de asemenea, capabile să crească pe medii care conțin substanțe organice, adică sunt bacterii micotrofe sau facultativ chemoautotrofe.

Aproape de bacteriile cu hidrogen sunt carboxiobacterii, care oxidează CO folosind reacția 25CO + 12O 2 + H 2 O + 24CO 2 + (CH 2 O). Bacteriile tionice oxidează hidrogenul sulfurat, tiosulfatul și sulful molecular la acid sulfuric. Unele dintre ele (Thiobacillus ferrooxidans) oxidează mineralele sulfurate, precum și fierul feros. Capacitatea de chimiosinteză a diferitelor bacterii cu sulf acvatic rămâne nedovedită.

Bacteriile nitrificatoare oxidează amoniacul în nitriți (etapa I de nitrificare) și nitriții în nitrat (etapa a 2-a). În condiții anaerobe, chimiosinteza se observă la unele bacterii denitrificatoare care oxidează hidrogenul sau sulful, dar acestea necesită adesea materie organică pentru biosinteză (litoheterotrofie). Chemosinteza a fost descrisă în unele bacterii producătoare de metan strict anaerobe, conform reacției 4H 2 + CO 2 = CH 4 + 2H 2 O.

Biosinteza compușilor organici în timpul chemosintezei are loc ca urmare a asimilării autotrofice a CO 2 (ciclul Calvin) în același mod ca în timpul fotosintezei. Energia sub formă de ATP este obținută din transferul de electroni printr-un lanț de enzime respiratorii încorporate în membrana celulară bacteriană. Unele substanțe oxidabile donează electroni lanțului la nivelul citocromului c, ceea ce creează un consum suplimentar de energie pentru sinteza agentului reducător. Datorită consumului mare de energie, bacteriile chimisintetizatoare, cu excepția celor cu hidrogen, formează puțină biomasă, dar oxidează o cantitate mare de substanțe anorganice.

În biosferă, bacteriile chemosintetice controlează situsurile oxidative ale ciclului celor mai importante elemente și, prin urmare, au o importanță excepțională pentru biogeochimie. Bacteriile cu hidrogen pot fi folosite pentru a produce proteine și pentru a purifica atmosfera din CO 2 în sisteme ecologice închise. Din punct de vedere morfologic, bacteriile chemosintetice sunt foarte diverse, deși majoritatea aparțin pseudomonadelor; se găsesc printre bacteriile în devenire și filamentoase, spirilla, leptospira și corinebacterii.

Plantele verzi (autotrofe) sunt baza vieții de pe planetă. Aproape toate lanțurile trofice încep cu plante. Ele transformă energia care cade asupra lor sub formă de lumină solară în energie stocată în carbohidrați, dintre care cea mai importantă este glucoza de zahăr cu șase atomi de carbon. Acest proces de conversie a energiei se numește fotosinteză. Ecuația generală pentru fotosinteză arată astfel:

apa + dioxid de carbon + lumina > carbohidrati + oxigen

În 1905, fiziologul englez Frederick Blackman a efectuat cercetări și a stabilit procesele de bază ale fotosintezei. Blackman a concluzionat că au loc două procese: unul era foarte dependent de nivelul de lumină, dar nu de temperatură, în timp ce celălalt era puternic influențat de temperatură, indiferent de nivelul de lumină. Această perspectivă a stat la baza ideilor moderne despre fotosinteză. Cele două procese sunt uneori numite reacții „luminoase” și „întunecate”, ceea ce nu este în întregime corect, deoarece s-a dovedit că, deși reacțiile fazei „întunecate” apar în absența luminii, necesită produse ale „luminii”. fază.

Fotosinteza începe atunci când fotonii emiși de soare intră în molecule speciale de pigment care se găsesc în frunze - moleculele de clorofilă. Clorofila se găsește în celulele frunzelor, în membranele organitelor celulare ale cloroplastelor (sunt cele care dau frunzei culoarea verde). Procesul de captare a energiei constă din două etape și se desfășoară în grupuri separate de molecule - aceste grupuri sunt de obicei numite Fotosistem I și Fotosistem II. Numerele cluster reflectă ordinea în care au fost descoperite aceste procese, iar aceasta este una dintre ciudateniile științifice amuzante, deoarece în frunză reacțiile din Fotosistemul II apar mai întâi și abia apoi în Fotosistemul I.

Când un foton se ciocnește cu 250-400 de molecule ale Fotosistemului II, energia crește brusc și este transferată către molecula de clorofilă. În acest moment, au loc două reacții chimice: molecula de clorofilă pierde doi electroni (care sunt acceptați de o altă moleculă, numită acceptor de electroni) și molecula de apă se divide. Electronii celor doi atomi de hidrogen care făceau parte din molecula de apă înlocuiesc cei doi electroni pierduți de clorofilă.

După aceasta, electronul de înaltă energie („rapid”) este transferat unul altuia ca un cartof fierbinte de către purtătorii moleculari asamblați într-un lanț. În acest caz, o parte din energie se duce la formarea moleculei de adenozin trifosfat (ATP), unul dintre principalii purtători de energie din celulă. Între timp, o moleculă de clorofilă Fotosistem I ușor diferită absoarbe energia fotonului și donează un electron unei alte molecule acceptoare. Acest electron este înlocuit în clorofilă de un electron care a ajuns de-a lungul lanțului de purtători din Fotosistemul II. Energia electronului din Fotosistemul I și ionii de hidrogen formați anterior în timpul divizării unei molecule de apă sunt folosite pentru a forma NADP-H, o altă moleculă purtătoare.

Ca urmare a procesului de captare a luminii, energia a doi fotoni este stocată în moleculele folosite de celulă pentru a desfășura reacții și se formează o moleculă suplimentară de oxigen. După ce energia solară este absorbită și stocată, este rândul carbohidraților să se formeze. Mecanismul de bază al sintezei carbohidraților la plante a fost descoperit de Melvin Calvin. Ciclul de conversie a energiei solare în carbohidrați constă dintr-o serie de reacții chimice care încep cu combinarea unei molecule de intrare cu o moleculă „ajutor”, urmată de inițierea altor reacții chimice. Aceste reacții duc la formarea produsului final și în același timp reproduc molecula „ajutor”, iar ciclul începe din nou. În ciclul Calvin, rolul unei astfel de molecule „ajutoare” este jucat de zahărul ribuloză difosfat (RDP) cu cinci atomi de carbon. Ciclul Calvin începe cu molecule de dioxid de carbon care se combină cu RDP. Datorită energiei luminii solare stocată sub formă de ATP și NADP-H, mai întâi au loc reacții chimice de fixare a carbonului pentru a forma carbohidrați, iar apoi au loc reacții de reconstrucție a ribulozei difosfat. În timpul celor șase ture ale ciclului, șase atomi de carbon sunt încorporați în moleculele precursorilor glucozei și ai altor carbohidrați. Acest ciclu de reacții chimice va continua atâta timp cât este furnizată energie. Datorită acestui ciclu, energia luminii solare devine disponibilă organismelor vii.

27-feb-2014 | Un comentariu | Lolita Okolnova

Fotosinteză- procesul de formare a substanțelor organice din dioxid de carbon și apă în lumină, cu participarea pigmenților fotosintetici.

Chemosinteza- o metodă de nutriție autotrofă în care sursa de energie pentru sinteza substanțelor organice din CO 2 o reprezintă reacțiile de oxidare ale compușilor anorganici

De obicei, toate organismele capabile să sintetizeze substanțe organice din substanțe anorganice, de ex. organisme capabile de fotosinteza si chemosinteza, a se referi la .

Unele sunt clasificate în mod tradițional drept autotrofe.

Am vorbit pe scurt despre structura unei celule vegetale, să ne uităm la întregul proces mai detaliat...

Esența fotosintezei

(ecuație rezumativă)

Principala substanță implicată în procesul de fotosinteză în mai multe etape este clorofilă. Acesta este cel care transformă energia solară în energie chimică.

Figura prezintă o reprezentare schematică a moleculei de clorofilă, apropo, molecula este foarte asemănătoare cu molecula de hemoglobină...

Clorofila este încorporată în cloroplast grana:

Faza ușoară a fotosintezei:

(efectuat pe membranele tilacoide)

Lumina care lovește o moleculă de clorofilă este absorbită de aceasta și o aduce într-o stare excitată - electronul care face parte din moleculă, după ce a absorbit energia luminii, trece la un nivel de energie mai înalt și participă la procesele de sinteză;
Sub influența luminii, are loc și scindarea (fotoliza) apei:

În acest caz, oxigenul este îndepărtat în mediul extern, iar protonii se acumulează în interiorul tilacoidului în „rezervorul de protoni”

2Н + + 2е - + NADP → NADPH 2

NADP este o substanță specifică, o coenzimă, adică. un catalizator, în acest caz un purtător de hidrogen.

sintetizat (energie)

Faza întunecată a fotosintezei

(apare în stroma cloroplastelor)

sinteza reală a glucozei

are loc un ciclu de reacţii în care se formează C 6 H 12 O 6. Aceste reacții folosesc energia ATP și NADPH 2 formată în faza luminoasă; Pe lângă glucoză, în timpul fotosintezei se formează și alți monomeri ai compușilor organici complecși - aminoacizi, glicerol și acizi grași, nucleotide

Vă rugăm să rețineți: această fază este întunecată se numește nu pentru că are loc noaptea - sinteza glucozei are loc, în general, non-stop, dar faza întunecată nu mai necesită energie luminoasă.

„Fotosinteza este un proces de care depind în cele din urmă toate manifestările vieții de pe planeta noastră.”

K.A. Timiryazev.

Ca rezultat al fotosintezei, pe Pământ se formează aproximativ 150 de miliarde de tone de materie organică și se eliberează aproximativ 200 de miliarde de tone de oxigen liber pe an. În plus, plantele implică miliarde de tone de azot, fosfor, sulf, calciu, magneziu, potasiu și alte elemente în ciclu. Deși o frunză verde folosește doar 1-2% din lumina care cade pe ea, materia organică creată de plantă și oxigenul în general.

Chemosinteza

Chemosinteza se realizează datorită energiei eliberate în timpul reacțiilor chimice de oxidare a diferiților compuși anorganici: hidrogen, hidrogen sulfurat, amoniac, oxid de fier (II) etc.

În funcție de substanțele incluse în metabolismul bacteriilor, există:

bacterii sulfuroase - microorganisme ale corpurilor de apă care conțin H 2 S - surse cu un miros foarte caracteristic,
bacterii de fier,
bacterii nitrificatoare - oxidează amoniacul și acidul azotat,
bacterii fixatoare de azot - îmbogățesc solurile, cresc foarte mult productivitatea,
bacterii oxidante de hidrogen

Dar esența rămâne aceeași - și asta este

Cine dintre noi nu își amintește definiția „fotosintezei” din lecțiile de botanică de la școală? „Procesul de formare a materiei organice din dioxid de carbon și apă în lumină, cu participarea pigmenților fotosintetici.” Cunoscând pe de rost această definiție laconică, puțini dintre noi ne-am întrebat ce ascunde în spatele ei?

In esenta, fotosinteză este o reacție chimică în urma căreia șase molecule de CO2 se combină cu șase molecule de apă pentru a forma o moleculă de glucoză - elementul de construcție al materiei noastre organice. Oxigenul molecular produs în timpul fotosintezei este doar un produs secundar. Cu toate acestea, chiar acest „produs secundar” este una dintre principalele surse de oxigen atmosferic, atât de necesar pentru organismele superioare.

S-ar părea că totul este foarte simplu: celula unui organism fotosintetic este un fel de „con” pentru reacția chimică a două componente. Dar, în realitate, mecanismul de reacție se dovedește a fi mult mai complex. Se pare că procesul constă din două reacții: „luminoasă” și „întunecată”. Primul este asociat cu scindarea unei molecule de apă în hidrogen și oxigen folosind energia luminii. Lumina soarelui este absorbită de pigmentul special al celulei, care absoarbe lumina, clorofila (colorată în verde). Apoi, energia este transferată în molecule de ATP, care eliberează energia rezultată în a doua etapă a fotosintezei - reacția „întunecată”. Reacția „întunecată” este reacția directă dintre dioxid de carbon și hidrogen pentru a forma glucoză.

Fotosinteza poate fi efectuată de plante, alge și unele tipuri de microorganisme. Datorită activității lor vitale, devine posibilă existența, de exemplu, a animalelor a căror hrană constă din substanțe organice. Dar este fotosinteza singura formă de transformare a dioxidului de carbon în materie organică? Nu. Se pare că natura oferă și o altă cale alternativă pentru formarea substanțelor organice din CO2 - chimiosinteză.

Diferența dintre chimiosinteză și fotosinteză este absența unei reacții „luminoase”. Ca sursă de energie, celulele organismelor chemosintetice nu folosesc energia luminii solare, ci energia reacțiilor chimice. Care? Reacții de oxidare a hidrogenului, monoxidului de carbon, reducerea sulfului, fierului, amoniacului, nitriților, antimoniului.

Desigur, fiecare organism chemosintetic folosește propria sa reacție chimică ca sursă de energie. De exemplu, bacteriile cu hidrogen oxidează hidrogenul, bacteriile nitrificante transformă amoniacul în formă de nitrat etc. Cu toate acestea, toate stochează energia eliberată în timpul unei reacții chimice sub formă de molecule de ATP. În plus, procesul se desfășoară în funcție de tipul de reacții din stadiul întunecat al fotosintezei.
Doar unele tipuri de bacterii au capacitatea de a chemosintetiza. Rolul lor în natură este colosal. Ele nu „produc” oxigen atmosferic și nu acumulează cantități mari de materie organică. Cu toate acestea, reacțiile chimice pe care le folosesc în cursul vieții joacă un rol cheie în biogeochimie, asigurând, printre altele, ciclul azotului, sulfului și a altor elemente din natură.

Fotosinteza și chemosinteza sunt unele dintre cele mai fascinante procese care au loc în organismele vii. Cunoașterea diferențelor dintre aceste două reacții este considerată un minim necesar pentru un elev de liceu, dar compararea acestor procese extrem de importante îi duce adesea într-o stupoare pe cei mai sârguincioși și atenți elevi.

Definiție

Fotosinteză- procesul de sinteza a materiei organice, stimulat de energia luminii solare.

Chemosinteza– procesul de formare a compușilor organici, care „pornește” fără prezența obligatorie a cuantelor solare.

Comparaţie

Fotosinteza este sursa activității vitale a ființelor vii autotrofe, și anume marea majoritate a reprezentanților regnului Plantelor și ai unor tipuri de Bacterii, care la rândul lor servesc drept hrană principală sau începutul piramidei alimentare pentru organismele heterotrofe și saprotrofe. Datorită fotosintezei, pe Pământ se formează anual 150 de miliarde de tone de materie organică, iar atmosfera este completată cu 200 de miliarde de tone de oxigen, potrivit pentru respirația altor organisme.

Fotosinteza are loc în plastide - organite ale celulelor vegetale care au pigmentul clorofilă. În procesul reacției redox, care este fotosinteza, planta consumă apă și substanțe anorganice, și anume dioxid de carbon. Acest proces este stimulat de prezența energiei din cuante solare. În urma reacției, se eliberează oxigen și se sintetizează substanțe organice - în cele mai multe cazuri glucoză, cunoscută și sub denumirea de hexoză sau zahăr din struguri.

Datorită chimiosintezei, în biosferă are loc un ciclu de azot, bacteriile cu sulf înveselesc rocile, creând baza formării solurilor, iar bacteriile de hidrogen oxidează cantități periculoase de hidrogen care se acumulează în timpul vieții unor microorganisme. În plus, bacteriile nitrificante ajută la creșterea fertilității solului, iar bacteriile cu sulf sunt implicate în purificarea apelor uzate.

Chemosinteza este localizată în celulele bacteriilor și arheilor. În procesul reacțiilor redox se sintetizează substanțe organice. Nu direct, ci prin formarea energiei ATP, care este cheltuită ulterior pentru sinteza materiei organice. Pentru a face acest lucru, organismele vii folosesc CO 2, hidrogen și oxigen format prin oxidarea amoniacului, oxidului de fier, hidrogenului sulfurat și hidrogenului. Având în vedere că chimiosinteza poate avea loc în subteran, în adâncurile Oceanului Mondial, în mijlocul altor organisme vii, nu este legată de energia luminoasă, nu este „pornită” de aceasta și nu depinde de Soare.

Site-ul de concluzii

Fotosinteza este imposibilă fără energia luminii solare; chimiosinteza nu are nevoie de ea.
Plantele și bacteriile fotosintetizează, bacteriile și arheile chemosintetizează.
Ambele procese au semnificații biologice diferite.