Способы автотрофного питания клетки

Что такое автотрофы в биологии и каковы автотрофные типы питания

Здравствуйте, уважаемые читатели блога KtoNaNovenkogo.ru. Все организмы на земле нуждаются в получении энергии тем или иным способом.

Некоторые из них получают ее от солнца, некоторые от переработки неорганических веществ, а некоторые просто потребляют уже накопленную на планете органику.

Сегодня мы поговорим об автотрофах — организмах, без которых жизнь на земле была бы невозможна, потому что именно они вырабатывают кислород и органические соединения, которыми все остальные дышат и питаются.

Автотрофы — это.

Все живые организмы для обеспечения собственной жизнедеятельности должны получать энергетический ресурс. Последний, в свою очередь, образуется путём переработки питательных веществ.

Эти вещества организм получает двумя способами: либо за счёт синтеза органического вещества из неорганических соединений, либо путём использования готовой органики (в первую очередь углеводов).

В первом случае мы имеем дело с так называемыми автотрофами, во втором – с гетеротрофами. В данном контексте акцент делается на первый вид (автотрофы), составляющий фундамент пищевой пирамиды Земли.

Автотрофные типы питания

Источником энергии для автотрофов служит либо солнечный свет, либо продукты, образующиеся в результате сложных химических реакций. По этому принципу автотрофы делятся на:

В клетках фототрофов присутствует хлорофилл, благодаря которому происходит процесс фотосинтеза (что это?), то есть образование органических соединений из неорганических субстанций, главным образом из углекислого газа (двуокиси углерода) и воды.

Хемотрофы, не имея возможности поглощать энергию солнечного света, используют другую альтернативу – окислительно-восстановительную химическую реакцию с участием сероводорода, метана, серы, двухвалентного железа и других неорганических соединений.

Автотрофы относятся к категории продуцентов (что это?), то есть являются производителями питательных веществ для потребителей и разрушителей (консументов и редуцентов), иными словами, для гетеротрофов.

Следует отметить, что некоторые растения и бактерии-фототрофы при определённых условиях (в частности, будучи лишёнными доступа к световому излучению) могут применять гетеротрофный тип питания, т.е. относятся к категории миксотрофов.

В качестве примера можно привести венерину мухоловку: это насекомоядное растение создаёт органическое вещество посредством фотосинтеза, однако часть питательных веществ извлекает из тел попавших в её хитроумные ловушки насекомых. Изобретательность природы поистине безгранична.

Автотрофы и гетеротрофы

Как уже отмечалось, автотрофные организмы для обеспечения своей жизнедеятельности пользуются нероманическими веществами, которые содержатся в почве, воде, атмосфере. При этом источником углерода в подавляющем большинстве случаев служит углекислый газ (СО2).

Автотрофам нет необходимости заниматься поиском пропитания, для этого им достаточно собственных врождённых способностей, позволяющих обеспечить рост и дальнейшее развитие. Это нашло отражение в их названии (с др.греч. «автос» — сам + «трофи» — питание).

К автотрофам относятся практически все зелёные растения, многоклеточные водоросли и некоторые группы бактерий (в частности, цианобактерии, клетки которых содержат хлорофилл).

Организмы, усваивающие углерод и другие неорганические вещества из приготовленных автотрофами органических соединений, составляют категорию гетеротрофов.

К ним относятся все высшие животные, рыбы, птицы, насекомые, грибы, большинство бактерий. Ну и мы, люди, тоже принадлежим к классу потребителей как с биологической, так и с экономической точки зрения.

Гетеротрофные организмы едят то, что приготовлено другими. В процессе пищеварения гетеротрофы перерабатывают органическую субстанцию и расщепляют её при помощи особых ферментов (что это такое?).

Из вышесказанного нетрудно понять, что автотрофы принадлежат к первой ступени пищевой цепочки, являясь источником органической материи, из которой состоит всё живое на планете Земля.

Для наглядности в нижеследующей таблице приводятся отличительные признаки автотрофных и гетеротрофных представителей биосферы.

Отличительные признаки	Автотрофы	Гетеротрофы
1	2	3
Процесс синтеза	Производство органических веществ из неорганических соединений	Производство органических веществ из готовой органики
Способ получения энергии	Используют солнечную и химическую энергию	Используют энергию готовых органических веществ
Место в экосистеме	Продуценты	Консументы, редуценты
Характерные представители	Высшие зелёные растения, некоторые виды бактерий	Животные, насекомые, грибы, большинство бактерий, растения-паразиты, человек

» alt=»»>

Роль автотрофов в биосфере

Автотрофы как биотический компонент экосистемы имеют первостепенное значение в пищевой цепочке земного шара. Только они способны поглощать космическую (солнечную) энергию и трансформировать её в молекулярную энергию белков, жиров и углеводов.

Ежегодно автотрофы вырабатывают в окружающую среду сотни миллиардов тонн органических субстанций и чистого кислорода, обеспечивая питанием всех остальных обитателей биосферы.

Таким образом, не будет преувеличением сказать, что без автотрофов существование жизни на Земле было бы в принципе невозможно.

Удачи вам! До скорых встреч на страницах блога KtoNaNovenkogo.ru

Эта статья относится к рубрикам:

Комментарии и отзывы (1)

Смотрел передачу о хищных растениях, та же Венерина мухоловка получает из насекомых необходимый для каждого растения азот, ну а без растений не могло быть жизни на Земле, для них кислород — это побочный продукт, а для нас жизненно необходимый окислитель.

Источник

Автотрофное питание. Фотосинтез. Хемосинтез

Урок 23. Общая биология 10 класс (ФГОС)

В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам

Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобрев в каталоге.

Получите невероятные возможности

Конспект урока «Автотрофное питание. Фотосинтез. Хемосинтез»

Автотрофы могут сами синтезировать необходимые им органические вещества, получая из окружающей среды углерод в виде углекислого газа, воду и минеральные вещества.

Все автотрофы делятся на: фотосинтезирующие автотрофы и хемосинтезирующие автотрофы.

У фотосинтезирующих автотрофов источником энергии служит солнечный свет.

Хемосинтезирующие автотрофы получают энергию при окислении неорганических соединений.

Фотосинтез — это процесс преобразования энергии света в энергию химических связей органических веществ на свету фотоавтотрофами при участии фотосинтетических пигментов.

Фотосинтезирующими органоидами зелёных растений являются хлоропласты. Структурной и функциональной единицей хлоропластов являются тилакоиды – плоские мембранные мешочки, уложенные в стопки (граны).

Внутреннее пространство тилакоида называется люменом.

Пространство между оболочкой хлоропласта и тилакоидами называется стромой.

Мембрана тилакоида собственно и является тем местом, где протекают светозависимые реакции фотосинтеза при участии хлорофилла.

Аналогично митохондриальной электроннотранспортной цепи, цепь переноса электронов фотосинтеза состоит из многих белковых комплексов и молекул перенощиков.

В цепи перенощиков выделяют следующие комплексы: фотосистему 2, цитохром Б шесть ЭФ -комплекс, фотосистему 1, фермент редоксин НАДФ редуктазу и АТФ-синтазу.

Фотосинтез происходит в две фазы – световую и темновую.

В световую фазу протекают реакции, которым необходим солнечный свет, в частности фотоны света. Поэтому эти реакции ещё называют светозависимыми реакциями фотосинтеза.

В темновую фазу фатоны светы не нужны. Однако эти реакции протекают как в светлое, так и в тёмное время суток.

Процесс фотосинтеза начинается с того что квант света ударяет молекулу хлорофилла (а II), которая находиться в фотосистеме 2.

Существует несколько видов молекул хлорофилла, которые различаются по длине волны улавливаемых квантов.

Основными «ловцами» световых частиц являются хлорофиллы а-1 (с длинной волны улавливаемых квантов 700 нм), который находится в фотоситеме 1 и хлорофилл а II (с длинной волны улавливаемых квантов 680 нм), который находится в фотосистеме 2.

Итак, после удара квантом света молекула хлорофилла приходят в возбуждённое состояние.

Что значит возбуждённое состояние?

(Согласно квантовой теории Эйнштейна свет состоит из мельчайших частиц, несущих порции энергии и обладающих импульсом — фотонов. Если фотон, с определённым количеством энергии столкнётся с электроном, то электрон может перейти на новый энергетический уровень. В результате чего молекула и оказывается в возбуждённом состоянии.

Эта энергия быстро мигрирует по светособирающей молекуле хлорофилла к реакционному центру фотосистемы.

(Реакционный центр — это комплекс белков, взаимодействие которых обеспечивает реакцию превращения энергии света в химическую при фотосинтезе.

После поглощения энергии, хлорофиллы испускают пару электронов. Которые передаются на перенощик пластохинон.

Теперь в молекуле хлорофилла недостает 2 электрона. Эти 2 электрона хлорофилл отбирает у молекулы воды, которая находиться во (внутритилакоидном) пространстве.

При этом происходит фотолиз (расщепление) молекул воды.

То есть молекула воды распадается отдаёт 2 электрона молекуле хлорофилла.

Посмотрим на реакции данного процесса (Фотолиза воды).

Благодаря фотонам света, молекула воды расщепляется на два иона (протон водорода и гидроксид-ион).

Ионы гидроксида отдают свои электроны, превращаясь в реакционноспособные радикалы OH.

Несколько радикалов объединяются, образуя воду и свободный кислород. Кислород при этом удаляется во внешнюю среду. Таким образом кислород, которым мы дышим это продукт окисления воды.

О том, что растения в процессе своей жизнедеятельности выделяют кислород люди узнали уже давно.

В 1772 году химик Джозеф Пристли провёл цикл экспериментов с газами.

В одном из своих экспериментов Пристали зажёг свечу и поместил её под перевёрнутый сосуд. Через некоторое время свеча погасла. Так как под сосудом закончился кислород.

Далее он провёл аналогичный эксперимент с мышкой. Мышь умерла вскоре после того, как погасла свеча.

Пристли провёл ещё один опыт. Он поместил под перевёрнутый сосуд зелёное растение с мышью, предоставив им доступ к свету. Свеча горела долгое время. А мышь оставалась жива. Значит подумал Пристли благодаря растению под герметично перевёрнутым сосудом остаётся кислород. Таким образом наблюдение Пристли были одной из первых демонстраций деятельности фотохимических реакционных центров.

Результаты опытов не только определили характерные особенности жизнедеятельности растений, но и продемонстрировали тесную взаимосвязь между растениями и животными.

Вернёмся к фотолизу воды.

Суммарное уравнение фотолиза воды выглядит следующим образом.

Из которого видно, что при фотолизе воды образуются протоны водорода, электроны и свободный кислород. 2 электрона вернулось в молекулу хлорофилла.

Протоны водорода накапливаются внутри тилакоида.

В результате мембрана тилакоида с одной стороны за счёт протонов водорода заряжается положительно, с другой за счёт электронов — отрицательно.

Благодаря разности потенциалов между наружной и внутренней сторонами мембраны, протоны проталкиваются через каналы АТФ-синтетазы и происходит фосфорилирование АДФ до АТФ.

За одно и тоже время в хлоропластах образуется в 30 раз больше АТФ, чем в митохондриях.

А 2 протона водорода идут на восстановление специфического переносчика НАДФ+ до НАДФ·Н.

Суммарное уравнение реакций световой фазы выглядит следующим образом.

Таким образом, в световую фазу фатоны света вместе с водой используются для образования АТФ и востановления НАДФ+ до НАДФН.

АТФ и НАДФН транспортируются в строму хлоропласта и участвуют в процессах темновой фазы.

Темновая фаза фотосинтеза

Темновые реакции фотосинтеза происходят не только на свету, но и в темноте.

В темновой фазе образуются глюкоза и мономеры сложных органических соединений (аминокислоты, нуклеотиды, глицерин и жирные кислоты).

Источником углерода является углекислый газ, который поступает в растение через устьица.

Углекислый газ, который содержится в воздухе, захватывается специальным веществом- пятиуглеродным сахаром (рибулозобифосфатом).

Фермент катализирует эту реакцию. В результате образуется неустойчивое шестиуглеродное соединение, которое сразу же распадается на две молекулы фосфоглицериновой кислоты (ФГК).

Затем происходит цикл реакций, который называется (Циклом Кальвина) в которых через ряд промежуточных продуктов фосфоглицериновая кислота преобразуется в глюкозу.

В этих реакциях используются энергии АТФ и НАДФ·Н.

Итак, в световую фазу фотосинтеза происходит фотолиз воды, высвобождение кислорода, синтез АТФ и образование НАДФ·Н.

В темновую фазу образуется глюкоза и крахмал главные источники энергии на планете Земля, аминокислоты, нуклеотиды, глицерин и жирные кислоты.

Таким образом в результате фотосинтеза растения накапливают органические вещества и обеспечивают постоянство уровня углекислого газа и кислорода в атмосфере.

В процессе фотосинтеза одно и тоже крупное растение производит совсем не так уж много углеводов. Однако если посчитать, сколько энергии солнечного света улавливают и запасают все зелёные растения на Земле за год, то окажется что для получения того же количества энергии было бы необходимо 200 000 гидроэлектростанций.

В верхних слоях воздушной оболочки Земли (на высоте 15-20 км) из кислорода образуется озон. Озоновый слой защищает все живые организмы от опасных для жизни ультрафиолетовых лучей.

Таким образом при помощи солнечного света автотрофные организмы, которые называют фототрофами получают энергию.

А некоторые автотрофные организмы – хемотрофы, как мы уже говорили выше…получают энергию за счёт энергии окисления неорганических веществ. Такой процесс называется – хемосинтезом.

Хемосинтез – это способ автотрофного питания, при котором источником энергии для синтеза органических веществ служат реакции окисления неорганических соединений.

Подобный вариант получения энергии используется только бактериями.

К хемотрофам относятся серобактерии, окисляющие сероводород.

Нитрифицирующие бактерии, превращающие аммиак в нитриты, а затем в нитраты.

Железобактерии, окисляющие железо.

Водородные бактерии, окисляющие водород.

Необходимо отметить, что выделяющаяся в реакциях окисления неорганических соединений энергия не может быть непосредственно использована бактериями в процессах ассимиляции (то есть процессах синтеза). Сначала это энергия переводиться в энергию макроэргических связей АТФ и только затем тратиться на синтез органических соединений.

Хемосинтезирующие организмы (например, серобактерии) могут жить в океанах на огромной глубине, в тех местах, где из разломов земной коры, выделяется сероводород.

Хемосинтетики – единственные организмы на Земле, которые не зависят он энергии солнечного света. Роль хемосинтетиков для всех живых существ очень велика. Так как они являются непременным звеном природного круговорота важных элементов: серы, азоты, железа.

Источник