Хемосинтез

Бактериальный хемосинтез был открыт русским ученым-микробиологом С. Н. Виноградским, который впервые доказал существование в природе автотрофных незеленых организмов – серо-, железо- и нитрифицирующих бактерий, которые для синтеза органических веществ в качестве источника энергии используют экзотермические реакции, происходящие в клетках организмов при окислении некоторых неорганических соединений. Образованное с использованием этой энергии органическое вещество они и используют для построения клеток своего тела.

Хемосинтез – процесс синтеза органических веществ из неорганических за счет химической энергии, получаемой при окислении неорганических веществ (серы, сероводорода, железа, аммиака, нитрита и др.). У специфических хемосинтезирующих бактерий НАД^.Н является восстановителем, рибулезодифосфат служит акцептором СО₂, а донором протонов водорода – вода.

Важнейшую группу составляют нитрифицирующие бактерии. Они живут в почве и осуществляют окисление аммиака, образующегося при гниении растительных остатков, до азотной кислоты. Этот процесс проходит в 2 фазы:

1. Вначале с участием бактерий нитрозомонас происходит окисление аммиака до азотистой кислоты:

2NH₃ + 3O₂ = 2HNO₂ + 2H₂O + 632 кДж.

2. Бактерии нитробактер азотистую кислоту превращают в азотную:

2HNO₂ + O₂ = 2HNO₃ + 152 кДж.

Аналогичным образом осуществляют хемосинтез и бесцветные серобактерии бежиатоа и тиотрикс; они окисляют сероводород и накапливают в своих клетках серу:

2H₂S + O₂ = 2H₂O + 2S + 272 кДж.

При недостатке сероводорода образованная сера окисляется до серной кислоты:

2S + 3O₂ + 2H₂O = 2H₂SO₄ + 636 кДж.

Под действием железобактерий кренотрикс и лептотрикс закисное железо превращается в окисное:

4FeCO₃ + O₂ + 6H₂O + 4Fe(OH)₃ + 4CO₂ + 324 кДж.

Водородные бактерии в качестве источника энергии используют реакции окисления молекулярного водорода:

2Н₂ + О₂ = 2Н₂О + 235 кДж.

Значение хемосинтеза:

1) серобактерии:

- играют существенную роль в круговороте серы в природе – сера, поглощаясь зелеными растениями в форме солей серной кислоты, восстанавливается и входит в состав белковых молекул; далее, при разрушении отмерших растительных и животных остатков гнилостными бактериями сера выделяется в виде сероводорода, который окисляется серобактериями до свободной серы или серной кислоты, образующей в почве доступные для растений сульфаты;

- способствуют постепенному разрушению и выветриванию горных пород вследствие образования ими серной кислоты;

- являются причиной порчи каменных и металлических сооружений;

- выщелачивания руд и серных месторождений;

- окисляя различные соединения серы до сульфатов, играют важную роль в процессах окисления промышленных сточных вод.

2) железобактерии образуют гидроокись железа, которая оседает и образует так называемую болотную руду.

3) нитрифицирующие бактерии образуют азотную кислоту, которая реагируя с минеральными соединениями почвы, образует соли азотной кислоты, хорошо усваиваемые.

4) водородные бактерии используют для получения дешевого пищевого и кормового белка.