Водородная бактерия по способу питания

Особенности питания бактерий-хемосинтетиков

В 1888 году русский микробиолог Виноградский С.Н. впервые показал научному сообществу, каким образом можно получить энергию при окислении сероводорода. Также было доказано, что в природе осуществляют этот процесс бактерии, которые впоследствии были названы хемосинтетики. Виноградский С.Н. дал определение бактериям-хемосинтетикам, правда, оно отличалось от современного, но зато уже тогда было введено разделение организмов по типу получения энергии.

До этого открытия считалось, что единственным способом получения органики из неорганики является использование фотосинтеза (по мнению ученых, его использовали как растения, так и бактерии-фотосинтетики). Открытие синтеза АТФ без участия солнечного света, а с использованием энергии неорганических реакций, заставило научный мир пристальнее присмотреться к бактериальному сообществу на предмет того, как же микроорганизмы, являющиеся хемосинтетиками, удовлетворяют свои важнейшие потребности в энергии.

Хемосинтез

Получение энергии – это всегда окончательное звено цепочки питания. Животные-гетеротрофы, которые не могут самостоятельно производить органику, получают АТФ (энергию), расщепляя уже готовые органические соединения. Растения-автотрофы питаются солнечным светом и водой, получая энергию в процессе фотосинтеза, а бактерии-хемосинтетики питаются неорганическими соединениями, процесс переваривания которых также происходит с выделением энергии.

Перечень неорганики, которую потребляют продуценты (производители органики), не так уж и мал:

• неорганические соединения азота (его окисляют нитрифицирующие бактерии);
• сероводород (бактерии, окисляющие серу);
• восстановленные железо и марганец (железобактерии);
• молекулярный водород (водородные бактерии);
• углекислый газ (карбоксидобактерии, которые нельзя путать с такими организмами, как цианобактерии, в фотосинтезе которых также участвует углекислый газ СО2).

Отдельную группу составляют такие бактерии-хемосинтетики (продуценты), как сульфатвосстанавливающие и метаногенные микроорганизмы.

Нитрифицирующие бактерии

Обитают в водоемах – пресных и соленых, а также в почвах. Эти организмы обеспечивают круговорот азота в природе. Азот является важнейшим элементом, входящим в состав органических соединений (белков и нуклеиновых кислот). Фиксация азота является одним из результатов хемосинтеза нитрифицирующих микроорганизмов.

Все бактерии, относящиеся к этой группе хемосинтетиков, – грамотрицательные микроорганизмы, разные по форме. Некоторые из видов передвигаются с помощью жгутиков, некоторые неподвижны.

Все нитрифицирующие микроорганизмы – строгие (облигатные) аэробы, живут только в присутствии кислорода.

Сам процесс хемосинтеза в хемосинтетиках происходит в ЦПМ – цитоплазматической мембране (между клеточной стенкой и цитоплазматическим веществом). Фермент транслоказа переносит аммиак через ЦПМ. Аммиак (NH3) окисляется ферментом, продуктами этой реакции являются гидроксиламин и вода. Эта реакция происходит с потреблением энергии.

На втором этапе гидроксиламин окисляется до нитрита с высвобождением одного электрона и одного протона (NH2OH (нитроксиламин) -> NHO (нитроксил) + 2 электрона (Н-) + 2 протона (Н+)).

Формирование цепи протонов и электронов на разных участках ЦПМ в хемосинтетиках приводит к образованию АТФ-синтазы (проводнику протонов в мембране). Протоны, направившись по белковому проводнику (АТФ-синтаза) к электронам, обеспечивают условия для синтеза АТФ.

Окислители серы (серобактерии)

Окисляют серу не только хемотрофы. Некоторые организмы-фототрофы также используют серу для получения энергии для жизни, но это не бактерии автотрофы из группы цианобактерий. Фотосинтез с участием серы осуществляют гетеротрофы (питающиеся органикой), к которым относятся гетеротрофы бациллы и псевдомонады.

Продуценты, относящиеся к хемосинтетикам, – это тионовые бактерии. Клеточная стенка этих хемосинтетиков устроена не так, как у остальных представителей царства бактерии, поэтому тионовых микроорганизмов относят к архебактериям.

Окисляя серу до сульфата (SO4), эти продуценты образуют молекулярную серу и сульфиты.

Кроме тионовых бактерий, окисляют серу и бесцветные бактерии. Их классифицирующим признаком является то, что они откладывают серу внутри клеток.

Присутствие окисляющих микроорганизмов в окружающей среде приводит к подкислению этой среды, что положительно влияет на растворение в воде неорганических соединений и делает эту неорганику более доступной для жизни растений.

Железобактерии

Одни из представителей железобактерий – бактерии вида Thiobacillus ferrooxidans – одноклеточные бактерии, окруженные бактериальными чехлами, в которых и накапливается железо. Живут отдельно или колониями. Эти микроорганизмы не могут преобразовывать атмосферный углекислый газ и поэтому являются строгими (облигатными) хемотрофами. Окисление восстановленного железа осуществляется на ЦПМ. Железо через мембрану в цитоплазму не проникает. Движущая сила, за счет которой появляется разность потенциалов и синтез АТФ, – разность pH внутри клетки и снаружи клетки. Одна молекула АТФ синтезируется из двух молекул железа.

Есть и другие примеры железобактерий. Эти микроорганизмы-продуценты широко распространены в природе и формируют железистые отложения. Среди железобактерий встречаются даже гетеротрофные организмы.

Водородные бактерии (водородобактерии)

Водородные бактерии совсем не похожи на цианобактерий, хоть молекулярный водород присутствует как в жизнедеятельности цианобактерий, так и в жизни водородных бактерий.

Особенность этой группы микроорганизмов состоит в том, что они окисляют водород в присутствии кислорода. Это довольно многочисленная группа бактерий. Среди них есть представители псевдомонад, бацилл и других бактериальных семейств.

Водородные бактерии – факультативные хемолитоавтотрофы, потребляющие углерод из самых разных соединений, что делает их привлекательными для использования в современных биотехнологиях.

В клетках водородных бактерий присутствует фермент гидрогеназа, который присоединяет водород к различным соединениям в ходе реакций восстановления. Именно этот процесс обеспечивает образование восстановленных НАД (никотинамидадениндинуклеотид) коферментов, присутствующих во всех живых клетках.

Водородные бактерии – переработчики любых минеральных субстратов – рассматриваются биотехнологами как перспективные работники для фабрик по производству экологически чистой биомассы. Уже сегодня эти биомассы используются как корм для животных. Но биотехнологии не собираются останавливаться на достигнутом.

Работаю врачом ветеринарной медицины. Увлекаюсь бальными танцами, спортом и йогой. В приоритет ставлю личностное развитие и освоение духовных практик. Любимые темы: ветеринария, биология, строительство, ремонт, путешествия. Табу: юриспруденция, политика, IT-технологии и компьютерные игры.

Источник

Питание бактерий

Питание бактерий – это процесс поглощения и усвоения бактериальной клеткой пластического материала и энергии в результате преобразовательных реакций [4] .

Питание является неотъемлемой функцией каждого живого организма. В процессе питания организм получает вещества, идущие на синтез клеточных структур и служащие источником энергии для всех процессов жизнедеятельности. Для питания микроорганизмов необходимы те же элементы, что и для животных, и растений. Первоочередные элементы питания – углерод, азот, кислород, водород, являющиеся основой всех органических веществ, которые входят в состав живой клетки как прокариоритеческих так и эукариоэтических организмов [5] .

Типы питания бактерий чрезвычайно разнообразны. Различаются они в зависимости от способа поступления питательных веществ бактериальной клетки, источников углерода и азота, способа получения энергии, природы доноров электронов [4] .

Содержание:

Способы поступления питательных веществ

По способам поступления питательных веществ бактерии подразделяются на:

• голофиты (греч. holos – полноценный и греч. phyticos – относящийся к растениям) – бактерии неспособные выделять в окружающую среду ферменты, расщепляющие субстраты, потребляют вещества только в растворенном, молекулярном виде;
• голозои (греч. holos – полноценный и греч. zoikos – относящийся к животным) – бактерии, обладающие комплексом ферментов, обеспечивающие внешнее питание – расщепление субстратов до молекул вне бактериальной клетки, после чего молекулы питательных веществ транспортируются внутрь бактерии[4] .

Гетеротрофные бактерии: культура Erwinia amylovora

Источники углерода

По источникам углерода различают:

• автотрофы (греч. autos– сам, trophe – пища) – бактерии, использующие в качестве источника углерода углекислый газ (CO₂), из которого осуществляют синтез всех углеродосодержащих веществ;
• гетеротрофы (греч.geteros– другой, trophe– пища) – бактерии, использующие в качестве источника углерода различные органические вещества в молекулярной форме (многоатомные спирты, углеводы, жирные кислоты, аминокислоты) [4] .

Наибольшая степень гетеротрофности отмечается у прокариот, живущих только внутри других живых клеток, в частности хламидий и риккетсий [4] .

Источники энергии

В зависимости от используемых источников энергии бактерии подразделяют на два типа:

• фототрофы – бактерии способные использовать солнечную энергию;
• хемотрофы – бактерии, получающие энергию при окислительно-восстановительных реакциях [4] .

Хемоорганотрофные бактерии

Pectobacterium carotovorum ssp. carotovorum вытекают из тканей капусты [6] .

Природа доноров электронов

• литотрофы (греч. litos – камень) – бактерии, использующие в качестве доноров электронов неорганические вещества: водород (Н₂), сероводород (Н₂S), аммиак (NH₃), серу (S), углекислый газ(CО₂₎, ионы железа (Fe₂₊) и многие другие;
• органотрофы – бактерии, использующие в качестве донора электронов органические соединения (углеводы, аминокислоты) [4] .

В зависимости от источника энергии и природы донора электронов возможно четыре основных типа энергетического метаболизма: хемолитотрофия, хемоорганотрофия, фотолитотрофия, фотоорганотрофия. Таки образом, бактерии разделяют на:

• хемолитотрофы – бактерии, получающие энергию при окислительно-восстановительных реакциях и использующие в качестве доноров электронов неорганические вещества;
• хемоорганотрофы – бактерии, получающие энергию при окислительно-восстановительных реакциях и использующие в качестве донора электронов органические соединения;
• фотолитотрофы – бактерии, получающие энергию в результате фотосинтеза (солнечная энергия) и использующие в качестве доноров электронов неорганические вещества;
• фотоорганотрофы – бактерии, получающие энергию в результате фотосинтеза (солнечная энергия) и использующие в качестве донора электронов органические соединения [2] .

Источники углерода, энергии и доноров электронов

Каждый тип энергетического метаболизма осуществляется на базе различных биосинтетических способностей организма. Как отмечалось выше, прокариоты, прежде всего, делятся на автрофов и гетеротрофов. В последствие, те же микроорганизмы распределяются ещё по группам: фототрофы, хемотрофы, литотрофы, органотрофы [3] .

Следовательно, выделяется восемь сочетаний типов энергетического и конструктивного метаболизма, отражающие возможности способов питания прокариот:

Способы питания прокариот представлены в Таблице 1 [2] .

Всем перечисленным способам питания соответствуют реально существующие прокариоты. Однако число видов, относящихся к той или иной группе, далеко не одинаково. Большинство видов сосредоточено в группе с хемоорганогетеротрофным типом питания. В числе фотосинтезирующих прокариот (фототрофов) подавляющее число (все цианобактерии, большинство пурпурных и зеленых серобактерий) – фотолитотрофы [2] .

Кроме указанных восьми типов питания, отмечается существование миксотрофов – организмов, способных одновременно использовать различные возможности питания. Например, способные одновременно окислять органические и минеральные соединения или использующие в качестве источника углерода, как диоксид углерода, так и органические вещества [3] .

Источник

Водородные бактерии

Жизнь растений: в 6-ти томах. — М.: Просвещение. Под редакцией А. Л. Тахтаджяна, главный редактор чл.-кор. АН СССР, проф. А.А. Федоров . 1974 .

Полезное

Смотреть что такое «Водородные бактерии» в других словарях:

Водородные бактерии — Водородные бактерии бактерии, получающие для роста энергию в результате окисления молекулярного водорода и использующие образующуюся при этом энергию для усвоения углерода. Распространены в почве. Окисляют водород, постоянно образующийся… … Википедия

ВОДОРОДНЫЕ БАКТЕРИИ — группа бактерий, получающих для роста энергию в результате окисления молекулярного водорода. Обычно эта реакция сочетается с автотрофной ассимиляцией углекислоты. Большинство В. б. хорошо растут также на органич. средах. Окисление Н2 обусловлено… … Биологический энциклопедический словарь

Водородные бактерии — Бактерии, окисляющие водород и использующие образующуюся при этом энергию для усвоения углерода (см. Хемосинтез). Окисление протекает по следующей схеме: 2H2 + O2 = 2H2O + 138 кал. Все В. б. Аэробы, т. е. развиваются только в присутствии… … Большая советская энциклопедия

Бактерии — Кишечная палочка (Escherichia coli) … Википедия

бактерии водородные — большая группа бактерий, получающих энергию для роста путем аэробного окисления Н2 и осуществляющих ассимиляцию СО2 (хемосинтез). В то же время многие Б. в. хорошо растут на органических средах (миксотрофы). Окисление Н2 обусловлено наличием у… … Словарь микробиологии

Бактерии водородные — тривиальное название микроорганизмов, использующих окисление молекулярного водорода как источник энергии. Относятся к группе факультативно автотрофных микроорганизмов … Толковый словарь по почвоведению

ХЕМОАВТОТРОФНЫЕ БАКТЕРИИ — По типу питания все организмы делятся на автотрофов и гетеротрофов. Автотрофы, что в переводе с греческого означает «самопитающиеся», могут строить все соединения своих клеток из углекислоты и других неорганических веществ. Источником… … Биологическая энциклопедия

хемосинтезирующие бактерии — используют энергию химических реакций (окисление неорганических веществ в процессе дыхания), как источник углерода – углекислый газ. Нитрифицирующие бактерии, встречающиеся в жирной почве, навозе, окисляют аммоний до нитрита, а нитрит – до… … Биологический энциклопедический словарь

Эубактерии — ? Бактерии Escherichia coli Научная классификация Надцарство: Прокариоты Царство … Википедия

Хемосинтез — (от Хемо. и Синтез) правильнее хемолитоавтотрофия, тип питания, свойственный некоторым бактериям, способным усваивать CO2 как единственный источник углерода за счёт энергии окисления неорганических соединений. Открытие Х. в 1887… … Большая советская энциклопедия

Источник