Цианобактерии способ питания хемотрофы

Как растения поглощают солнечный свет для фотосинтеза?

Растения содержат особые пигменты, поглощающие световую энергию, необходимую для фотосинтеза.

Хлорофилл является основным пигментом, используемым для фотосинтеза и придающим растениям зеленый цвет. Хлорофилл поглощает красный и синий свет для использования в фотосинтезе и отражает зеленый свет. Хлорофилл – большая молекула, для производства которой требуется много ресурсов; как таковой, он разрушается к концу жизни листа, и большая часть азота (один из строительных блоков хлорофилла) всасывается обратно в растение. Когда осенью листья теряют свой хлорофилл, другие пигменты листьев, такие как каротиноиды и антоцианы, начинают проявлять свой истинный цвет. В то время как каротиноиды в основном поглощают синий свет и отражают желтый, антоцианы поглощают сине-зеленый свет и отражают красный. (, )

Молекулы пигмента связаны с белками, что позволяет им гибко двигаться навстречу свету и друг другу. Большое скопление из 100–5000 молекул пигмента составляет «антенну». Эти структуры эффективно улавливают световую энергию солнца в виде фотонов. ()

С бактериями ситуация немного иная. В то время как цианобактерии содержат хлорофилл, другие бактерии, например, пурпурные бактерии и зелёные серобактерии, содержат бактериохлорофилл, поглощающий свет для аноксигенного фотосинтеза.

Светонезависимые реакции: восстановительный пентозофосфатный цикл

Фотосинтез включает в себя процесс, называемый восстановительным пентозофосфатным циклом, для использования энергии, накопленной в результате светозависимых реакций, для превращения CO2 в сахара, необходимые для роста растений. (Изображение предоставлено: wikipedia.org)

Восстановительный пентозофосфатный цикл, или Цикл Кальвина, использует энергию, накопленную в результате светозависимых реакций, для превращения CO2 в сахара, необходимые для роста растений. Эти реакции происходят в строме хлоропластов и не запускаются непосредственно светом – отсюда их название «светонезависимые реакции». Однако они все еще связаны со светом, поскольку цикл Кальвина подпитывается АТФ и НАДФН (оба из ранее упомянутых светозависимых реакций). ()

Во-первых, CO2 соединяется с рибулозо-1,5-бисфосфатом (РуБФ), который является пятиуглеродным акцептором. Затем он расщепляется на две молекулы трехуглеродного соединения – 3-фосфоглицериновой кислоты (3-ФГК). Реакция катализируется ферментом РуБФ-карбоксилаза/оксигеназа, также известным как рубиско.

Вторая стадия цикла Кальвина включает преобразование 3-ФГК в трехуглеродный сахар, называемый глицеральдегид-3-фосфатом (Г3Ф) – в процессе используются АТФ и НАДФН. Наконец, в то время как одни молекулы Г3Ф используются для производства глюкозы, другие рециркулируют обратно, чтобы получить РуБФ, который используется на первом этапе для принятия CO2. На каждую молекулу Г3Ф, которая производит глюкозу, пять молекул рециркулируют с образованием трех акцепторных молекул РуБФ.

5.Под быстротой как физическим качеством понимается …

а. Комплекс свойств, позволяющих
передвигаться с большой скоростью.

б.Комплекс свойств, позволяющих выполнять
непродолжительную работу в минимальный
отрезок времени.

в. Способность быстро набирать скорость.

г. Комплекс свойств, позволяющих быстро
реагировать на сигналы и выполнять
движения с большой частотой.

6. Для воспитания быстроты используются
…

а. Подвижные и спортивные игры.

б.Упражнения в беге с максимальной
скоростью на короткие дистанции.

в. Упражнения на быстроту реакции и
частоту движений.

г. Двигательные действия, выполняемые
с максимальной скоростью.

7.Лучшие условия для развития быстроты
реакции создаются во время
…

а. Подвижных и спортивных игр.
б. «Челночного» бега.

в. Прыжков в высоту.
г. Метаний.

История существования и открытия

Судя по ископаемым остаткам, история существования синезеленых водорослей уходит своими корнями далеко в прошлое, на несколько миллионов лет назад. Такие выводы позволили сделать исследования ученых-палеонтологов, проанализировавших горные породы (их участки) тех далеких времен.

На поверхности образцов были обнаружены цианобактерии, строение которых ничем не отличалось от такового у современных форм. Это свидетельствует о высокой степени приспособленности данных существ к различным условиям обитания, к их крайней выносливости и выживаемости. Очевидно, что за миллионы лет происходило множество изменений в температурном и газовом составе планеты. Однако ничто не повлияло на жизнеспособность цианей.

В современности цианобактерия — это одноклеточный организм, который был открыт одновременно с остальными формами бактериальных клеток. То есть Антонио Ван Левенгуком, Луи Пастером и другими исследователями в XVIII-XIX веках.

Более тщательному изучению они подверглись позже, с развитием электронной микроскопии и модернизированных способов и методов исследования. Были выявлены особенности, которыми обладают цианобактерии. Строение клетки включает ряд новых, не встречающихся у других существ, структур.

Как фотосинтез может бороться с изменением климата

Фотосинтезирующие организмы – это возможное средство для производства экологически чистого топлива, такого как водород. Группа исследователей из Университета Турку в Финляндии изучила способность зеленых водорослей производить водород. Зеленые водоросли могут выделять водород в течение нескольких секунд, если они сначала подвергаются воздействию темных анаэробных (бескислородных) условий, а затем подвергаются воздействию света. Как сообщается в их исследовании 2018 года, опубликованном в журнале Energy & Environmental Science, исследователи разработали способ продлить производство водорода зелеными водорослями до трех дней. ()

Ученые также добились успехов в области искусственного фотосинтеза. Например, группа исследователей из Калифорнийского университета в Беркли разработала искусственную систему для улавливания CO2 с использованием нанопроволоки или проводов диаметром в несколько миллиардных долей метра. Проволока проникает в систему микробов, которые уменьшают CO2 в топливо или полимеры, используя энергию солнечного света. Команда опубликовала свой дизайн в 2015 году в журнале Nano Letters. ()

В 2016 году члены этой же группы опубликовали исследование в журнале Science, в котором описана еще одна искусственная фотосинтетическая система, в которой специально сконструированные бактерии использовались для создания жидкого топлива с использованием солнечного света, воды и CO2. В общем, растения могут использовать только около одного процента солнечной энергии и использовать ее для производства органических соединений во время фотосинтеза. Напротив, искусственная система исследователей смогла использовать 10% солнечной энергии для производства органических соединений. ()

В 2019 году исследователи написали в Journal of Biological Chemistry, что цианобактерии могут повысить эффективность фермента рубиско. Ученые обнаружили, что эти бактерии особенно хороши в концентрации СО2 в своих клетках, что помогает предотвратить случайное связывание рубиско с кислородом. Понимая, как бактерии достигают этого, ученые надеются внедрить этот механизм в растения, чтобы повысить эффективность фотосинтеза и снизить риск фотодыхания. ()

Непрерывные исследования природных процессов помогают ученым в разработке новых способов использования различных источников возобновляемой энергии, а использование силы фотосинтеза является логическим шагом для создания экологически чистых и углеродно-нейтральных видов топлива.

При формировании телосложения не эффективны упражнения…

а. Способствующие увеличению мышечной
массы.

б. Способствующие снижению веса тела.

в. Объединенные в форме круговой
тренировки.

г. Способствующие повышению быстроты
движений.

При составлении комплексов упражнений
для увеличения мышечной массы
рекомендуется…

а. Полностью проработать одну группу
мышц и только затем переходить к
упражнениям, нагружающим другую группу
мышц.

б.Чередовать серии упражнений, включающие
в работу разные мышечные группы.

в. Использовать упражнения с относительно
небольшим отягощением и большим
количеством повторений.

г. Планировать большое количество
подходов и ограничивать количество
повторений в одном подходе.

Питание

Питание цианобактерий смешанное: с одной стороны, будучи автотрофами, они могут синтезировать углеводы из неорганических веществ. Но в условиях измененной среды обитания они могут стать гетеротрофами и питаться как обычные цветковые растения. Также некоторые цианобактерии имеют способность питаться посредством хемосинтеза – необычном способе питания бактерий, основанном на усвоении углекислого газа благодаря окислению неорганических соединений.

Именно благодаря своим способностям к универсальным видам питания цианобактерии могут расти в самых экстремальных условиях и заселять места с недостаточным количеством питательных элементов для других организмов, таким образом, создавая условия для последующего развития жизни.

ссылки

1. Berg, J.M., Stryer L., & Tymoczko, J.L. (2007). биохимия. Я поменял.
2. Бланкеншип Р. Э. (2010). Ранняя эволюция фотосинтеза. Физиология растений, 154(2), 434-438.
3. Кэмпбелл, А., Н. и Рис, Дж. Б. (2005). биология. Ed. Panamericana Medical.
4. Купер Г. М. и Хаусман Р. Э. (2004). Клетка: Молекулярный подход. Медицинская Наклада.
5. Кертис Х. & Шнек А. (2006). Приглашение к биологии. Ed. Panamericana Medical.
6. Кертис Х. & Шнек А. (2008). Кертис. биология. Ed. Panamericana Medical.
7. Eaton-Rye, J.J., Tripathy, B.C., & Sharkey, T.D. (Eds.). (2011). Фотосинтез: пластидная биология, преобразование энергии и усвоение углерода (Том 34). Springer Science & Business Media.
8. Hohmann-Marriott, M.F. & Blankenship, R.E. (2011). Эволюция фотосинтеза. Ежегодный обзор биологии растений, 62, 515-548.
9. Koolman, J. & Röhm, K.H. (2005). Биохимия: текст и атлас. Ed. Panamericana Medical.
10. Palade, G.E. & Rosen, W.G. (1986). Клеточная биология: фундаментальные исследования и приложения. Национальные Академии.
11. Posada, J. O. S. (2005). Основы для создания пастбищ и кормовых культур. Университет Антиокия.
12. Taiz, L. & Zeiger, E. (2007). Физиология растений. Университет Жауме I.

Что такое цианобактерии и почему они вызвали Великое окисление?

Как упоминалось выше, цианобактерии — это передний край в области бактерий. Это прокариотические одноклеточные организмы, способные к кислородному фотосинтезу, то есть захватывать углекислый газ и посредством различных химических превращений синтезировать органическое вещество и выделять кислород.

Цианобактерии — единственные прокариоты, способные к кислородному фотосинтезу.. Другие типы бактерий и архей осуществляют другие формы фотосинтеза, но ни один из них не приводит к высвобождению кислорода, а скорее других веществ, таких как водород или сера.

Как бы то ни было, цианобактерии появились в результате эволюции других бактерий примерно 2,8 миллиарда лет назад. С момента своего появления цианобактерии стали огромным эволюционным успехом, потому что благодаря развитию таких структур, как хлорофилл, пигмент, необходимый для кислородного фотосинтеза и придающий характерный зеленый цвет, они начали расти во всех морях Земли.

Теперь они вызвали одно из величайших исчезновений в истории Земли. Кислород никогда не производился — соединение, которое в то время было токсичным для других бактерий. В этом контексте цианобактерии начали наполнять моря (и, между прочим, атмосферу) кислородом, что привело к исчезновению многих видов бактерий.

Около 2400 миллионов лет назад произошло так называемое Великое окисление., изменение окружающей среды, которое привело к исчезновению многих видов и невероятному увеличению численности цианобактерий.

Изображение того, как произошло Великое окисление, то есть массовый выброс кислорода в атмосферу.

Цианобактерии продолжали расти в морях до тех пор, пока около 1,85 миллиарда лет назад в атмосфере не было достаточно кислорода, чтобы он мог быть поглощен поверхностью Земли и образовался озоновый слой.

Как бы то ни было, цианобактерии были ключевыми не только для эукариотических существ, которые использовали кислород, чтобы жить, чтобы появиться, но и для того, чтобы жизнь могла покинуть океаны и развиваться на суше. Кто знает, каким был бы мир без массового вымирания в результате Великого окисления.

Таким образом, цианобактерии — это одноклеточные прокариоты, которые, появившись около 2800 миллионов лет назад, были первыми организмами, осуществившими кислородный фотосинтез, вызвав накопление кислорода в атмосфере (оно увеличилось с 0% до 28%) и, следовательно, позволяя развитие более сложных форм жизни.

Рекомендуем прочитать: «7 царств живых существ (и их характеристики)»

функции

Фотосинтез является жизненно важным процессом для всех организмов на планете Земля. Этот путь отвечает за поддержку всех форм жизни, являясь источником кислорода и основой всех существующих трофических цепей, так как он способствует преобразованию солнечной энергии в химическую энергию.

Другими словами, фотосинтез производит кислород, которым мы дышим — как упоминалось выше, этот элемент является побочным продуктом процесса — и пищу, которую мы потребляем ежедневно. Почти все живые организмы используют органические соединения, полученные из фотосинтеза в качестве источника энергии.

Обратите внимание, что аэробные организмы способны извлекать энергию из органических соединений, образующихся при фотосинтезе, только в присутствии кислорода, который также является продуктом процесса.. Фактически, фотосинтез способен превращать усугубленное количество (200 миллиардов тонн) углекислого газа в органические соединения

Что касается кислорода, по оценкам, производство находится в диапазоне 140 миллиардов тонн

Фактически, фотосинтез способен превращать усугубленное количество (200 миллиардов тонн) углекислого газа в органические соединения. Что касается кислорода, по оценкам, производство находится в диапазоне 140 миллиардов тонн.

Кроме того, фотосинтез дает нам большую часть энергии (примерно 87% от этого), которую человечество использует для выживания, в виде ископаемого фотосинтетического топлива..

Классификация

Вопрос определения их таксономической принадлежности остается открытым. Пока известно только одно: цианобактерии — прокариоты. Подтверждением этому являются такие особенности, как:

• отсутствие ядра, митохондрий, хлоропластов;
• наличие в клеточной стенке муреина;
• молекулы S-рибосом в составе клетки.

Тем не менее цианобактерии — прокариоты, насчитывающие около 1500 тысяч разновидностей. Все их классифицировали и объединили в 5 больших морфологических группировок.

1. Хроококковые. Достаточно многочисленная группа, объединяющая одиночные или колониальные формы. Высокие концентрации организмов удерживаются вместе за счет общей слизи, выделяемой клеточной стенкой каждой особи. По форме к этой группе относятся палочковидные и шаровидные структуры.
2. Плеврокапсовые. Очень схожи с предыдущими формами, однако появляется особенность в виде формирования беоцитов (подробнее об этом явлении позже). Входящие сюда цианобактерии относятся к трем основным классам: Плеврокапсы, Дермокапсы, Миксосарцины.
3. Оксиллатории. Главная особенность этой группы в том, что все клетки объединяются в общую слизевую структуру под названием трихома. Деление происходит, не выходя за пределы этой нити, внутри. Осциллатории включают в свой состав исключительно вегетативные клетки, делящиеся бесполым способом пополам.
4. Ностоковые. Интересны за свою криофильность. Способны обитать на открытых ледяных пустынях, образуя на них цветные налеты. Так называемое явление «цветения ледяных пустынь». Формы данных организмов также нитчатые в виде трихом, однако размножение половое, при помощи специализированных клеток — гетероцист. Отнести сюда можно следующих представителей: Анабены, Ностоки, Калотриксы.
5. Стигонемовые. Очень схожи с предыдущей группой. Главное отличие в способе размножения — они способны делиться множественно в пределах одной клетки. Самый популярный представитель данного объединения — Фишереллы.

Таким образом, и классифицируют цианей по морфологическому критерию, так как по остальным возникает много вопросов и получается путаница. Ботаники и микробиологи к общему знаменателю в систематике цианобактерий пока прийти не могут.

Абиотические формы азотфиксации

гроз

Молния или «молния», возникающая во время грозы, — это не просто шум и свет; Это мощный химический реактор. Под действием молнии во время штормов образуются оксиды азота и NO.₂, обычно называется НЕТ_х.

Эти электрические разряды, наблюдаемые как молния, создают условия высокой температуры (30000илиВ) и высокие давления, которые способствуют химической комбинации кислорода или₂ и азот N₂ атмосферы, производящие оксиды азота NO_х.

Этот механизм имеет очень низкую скорость вклада в общую скорость фиксации азота, но он является наиболее важным в абиотических формах.

Сжигание ископаемого топлива

Существует антропогенный вклад в производство оксидов азота. Мы уже говорили, что сильная тройная связь молекулы азота N_2, он может сломаться только в экстремальных условиях.

Сжигание ископаемого топлива, полученного из нефти (в отраслях промышленности и в коммерческом и частном транспорте, на море, в воздухе и на суше), производит огромное количество выбросов NO_х в атмосферу.

N₂Или выделяется при сжигании ископаемого топлива, это мощный парниковый газ, который способствует глобальному потеплению планеты.

Сжигание биомассы

Существует также вклад оксидов азота NO_х путем сжигания биомассы в зоне более высокой температуры пламени, например, при лесных пожарах, использования древесины для отопления и приготовления пищи, сжигания органических отходов и любого использования биомассы в качестве источника тепловой энергии.

Оксиды азота NOx, выбрасываемые в атмосферу антропогенными маршрутами, вызывают серьезные проблемы загрязнения окружающей среды, такие как фотохимический смог в городских и промышленных условиях, и важный вклад в кислотные дожди.

Выбросы азота в результате эрозии почвы и выветривания горных пород

Эрозия почвы и выветривание богатых азотом горных пород подвергают воздействию минералов, которые могут выделять оксиды азота в элементы. Выветривание горных пород происходит под воздействием факторов окружающей среды, вызванных воздействием физико-химических механизмов..

Тектонические движения могут физически подвергать породы, богатые азотом, погоде. Впоследствии химическими средствами осаждение кислотных дождей вызывает химические реакции, которые выделяют NO._х, и этот тип камней и почвы.

Есть недавние исследования, которые связывают 26% общего биодоступного азота планеты с этими механизмами эрозии почвы и выветривания горных пород..

Темновая стадия

В темновой стадии с участием АТФ и НАДФН происходит восстановление CO₂ до глюкозы (C₆H₁₂O₆). Хотя свет не требуется для осуществления данного процесса, он участвует в его регуляции.

С₃-фотосинтез, цикл Кальвина

Основная статья: Цикл Кальвина

Цикл Кальвина или восстановительный пентозофосфатный цикл состоит из трёх стадий:

• Карбоксилирования
• Восстановления
• Регенерация акцептора CO₂

На первой стадии к рибулозо-1,5-бифосфату присоединяется CO₂ под действием фермента рибулозобисфосфат-карбоксилаза/оксигеназа (Rubisco). Этот белок составляет основную фракцию белков хлоропласта и предположительно наиболее распространённый фермент в природе. В результате образуется промежуточное неустойчивое соединение, распадающееся на две молекулы 3-фосфоглицериновой кислоты (ФГК).

Во второй стадии ФГК в два этапа восстанавливается. Сначала она фосфорилируется АТФ под действием фосфороглицерокиназы, затем НАДФН при воздействии триозофосфатдегидрогеназы её карбоксильная группа окисляется до альдегидной и она становится углеводом (ФГА).

В третьей стадии участвуют 5 молекул ФГА, которые через образование 4-, 5-, 6- и 7-углеродных соединений объединяются в 3 5-углеродных рибулозо-1,5-бифосфата, для чего необходимы 3АТФ.

Наконец, две ФГА необходимы для синтеза глюкозы. Для образования одной её молекулы требуется 6 оборотов цикла, 6 CO₂, 12 НАДФН и 18 АТФ.

С₄-фотосинтез

Основные статьи: Цикл Хетча-Слэка-Карпилова, С4-фотосинтез

При низкой концентрации растворённого в строме CO₂ Rubisco катализирует реакцию окисления рибулозо-1,5-бифосфата и его распад на 3-фосфоглицериновую кислоту и фосфогликолевую кислоту, которая вынужденно используется в процессе фотодыхания.

Для увеличения концентрации CO₂ растения С₄ типа изменили анатомию листа. Цикл Кальвина у них локализуется в клетках обкладки проводящего пучка, в клетках мезофилла же под действием ФЕП-карбоксилазы фосфоенолпируват карбоксилируется с образованием щавелеуксусной кислоты, которая превращается в малат или аспартат и транспортируется в клетки обкладки, где декарбоксилируется с образованием пирувата, возвращаемого в клетки мезофилла.

С₄ фотосинтез практические не сопровождается потерями рибулозо-1,5-бифосфата из цикла Кальвина, поэтому более эффективен. Однако он требует не 18, а 30 АТФ на синтез 1 молекулы глюкозы. Это оправдывает себя в тропиках, где жаркий климат требует держать устьица закрытыми, что препятствует поступлению CO₂ в лист, а также при рудеральной жизненной стратегии.

САМ фотосинтез

При CAM (Crassulaceae acid metabolism) фотосинтезе происходит разделение ассимиляции CO₂ и цикла Кальвина не в пространстве как у С₄, а во времени. Ночью в вакуолях клеток по аналогичному вышеописанному механизму при открытых устьицах накапливается малат, днём при закрытых устьицах идёт цикл Кальвина. Этот механизм позволяет максимально экономить воду, однако уступает в эффективности и С₄, и С₃. Он оправдан при стресстолерантной жизненной стратегии.

Клубеньковые бактерии

Клубеньковые бактерии – одна из самых изученных групп азотофиксирующих бактерийБактерии объединены в царство Eubacteria или Bacteria. Царство делят на несколько типов: Гр…. В настоящее время их относят к роду Rhizobium, а видовые названия обычно соответствуют названию того растения, из клубеньков на корнях которого, выделены бактерииБактерии объединены в царство Eubacteria или Bacteria. Царство делят на несколько типов: Гр…. В частности, Rhizobium trifolii – растение-хозяин клевер, Rhizobium phaseoli – растение-хозяин фасоль, Rhizobium leguminosarum – растение-хозяин горох. Это объясняется видоспецифичностью клубеньковых бактерийБактерии объединены в царство Eubacteria или Bacteria. Царство делят на несколько типов: Гр….

Симбиоз азотфиксирующих бактерий и корневой системы растения

Существование клубеньковых бактерий является примером мутуалистических (взаимовыгодных) симбиотических взаимоотношений, относящихся к типу эндосимбиозов, при котором клетки микроорганизмов находятся в клетках и тканях макроорганизма.

Клубеньковые бактерии – грамотрицательныеГрамотрицательные бактерии – это бактерии которые не окрашиваются кристаллич… подвижные палочки в свободном состоянии и в молодых клубеньках. При дальнейшем развитии они приобретают неправильную форму и превращаются в разветвленные, булавовидные или сферические бактероиды. На этой стадии происходит фиксация молекулярного азота.

Клубеньковые бактерии являются микроаэрофильными микроорганизмами, способными развиваться при низком парционном давлении кислорода в среде. Они хемотрофы, гетеротрофы (хемогетеротрофы), часто нуждаются в факторах роста (витаминах): тиамине, пантотеновой кислоте, биотине. Оптимальная температура роста – +24°C–+26 °C.

Обычно клубеньковые бактерии существуют в почве свободно, их количеств зависит от типа и характера почвы, предшествующей сельскохозяйственной обработки. Характерно, что в свободном состоянии, то есть, находясь в почве, данная группа бактерий не способна фиксировать азот из атмосферы, а использует связанный азот.

В корневой волосок проникает сразу несколько бактерийБактерии объединены в царство Eubacteria или Bacteria. Царство делят на несколько типов: Гр…. Процесс проникновения сопровождается инвагинацией мембраны корневого волоска. Это приводит к образованию трубки (инфекционной нити), выстланной целлюлозой, вырабатываемой клетками растения-хозяина. В ней располагаются интенсивно размножающиеся бактерииБактерии объединены в царство Eubacteria или Bacteria. Царство делят на несколько типов: Гр…. Инфекционная нить проникает в кору корня, проходит через ее клетки. Клубенек развивается при достижении инфекционной нитью тетраплоидной клетки ткани коры. Одновременно наблюдается полиферация тетраплоидной клетки и соседних диплоидных клеток коры. Индуцирует пролиферацию индолилуксусная кислота – растительный гормон, синтезируемый клубеньковыми бактериямиБактерии объединены в царство Eubacteria или Bacteria. Царство делят на несколько типов: Гр….В конце периода роста растения-хозяина часто наблюдается полное исчезновение бактерий из клубеньков в связи с их отмиранием. Вещества отмерших клеток поглощает растение-хозяин.

Для обогощения почвы клубеньковыми бактериями в промышленных масштабах производятся специализированные препараты, содержащие клубеньковые бактерииБактерии объединены в царство Eubacteria или Bacteria. Царство делят на несколько типов: Гр…. Они используются для предпосевной обработки семян бобовых.

Фотосинтез и азотфиксация

Фотосинтез и азотфиксация

Некоторые
виды бактерий и архей способны к фиксации азота. Примерно половина азота,
входящего в состав живых организов, фиксируется бактериями. Азотфиксация, то
есть превращение атмосферного азота в различные соединения, осуществляется
ферментом нитрогеназой. Фиксация азота – один из наиболее дорогих биохимических
процессов: на фиксацию одной молекулы азота расходуется 16 молекул АТФ. Есть
менее эффективные системы фиксации, которые расходуют для этих целей до 35
молекул АТФ. Есть и небиологическая фиксация азота. После того, как начали
производить удобрения (промышленная фиксация азота), человек вполне успешно
может конкурировать с биологическими фиксаторами и биосферой в количестве
фиксируемого азота.

Фиксировать
азот могут только прокариотические организмы. Все организмы, способные
фиксировать азот, имеют сходные ферменты нитрогеназы. Нитрогеназа способна
работать только в анаэробных условиях, в присуствии кислорода фермент инактивируется
и фиксация азота останавливается.

Фиксированный
азот уходит в органические соединения. Это процесс могут проводить бактерии и
растения. Мы можем только переводить органические соединение в аммиак.
Соединения аммиака также могут переходить в окиси азота, после фиксации
которого бактериями вновь получается азот.

Фиксацию
азота осуществляют около 250 штаммов эубактерий: азотобактерии, клостридии и
др. Половину этих штаммов составляют разные виды цианобактерий, ранее
называемые сине-зелеными водорослями.

Как
уже говорилось, нитрогеназа чувствительна к кислороду. В его присутствии она
инактивируется и тогда не обратима. А сине-зеленые водоросли занимаются
фотосинтезом, при котором образуется кислород, и процесс фиксации азота
несовместим с процессом фотосинтеза. В результате, днем нитчатая цианобактерия
осциллятория занимается фотосинтезом, а ночью, когда фотосинтез не идет, она
занимается фиксацией азота.

Единственный
организм, способного одновременно проводить и фиксацию азота и фотосинтез, это
цианобактерия Anabaena. Каким образом это осуществляется? Фотосинтез происходит
в большинстве клеток (зеленые клетки на рисунке) на свету, и цианобактерия
может использовать источники азота, растворенные в окружающей среде. Однако
если азота не хватает, она переходит к фиксации азота. Для этого отдельные
клетки, которые раньше занимались фотосинтезом, дифференцируются. Они
называются гетероцисты. Это более крупные клетки, покрытые плотной оболочкой.
Фотосинтез в них прекращается, и ферменты фотосинтеза из них исчезают. Зато
начинается синтез нитрогеназы. Толстая оболочка не пропускает внутрь кислород,
и в гетероцистах происходит фиксация азота, в то время, как все остальные
клетки занимаются фотосинтезом. Все, что нужно гетероцисте для работы (в том
числе и азот), она получает от соседних клеток через специальные межклеточные
контакты, а сама гетероциста отдает соседним клеткам аминокислоту глутамин (посмотрите
строение аминокислот в лекции 4), которая синтезируется после фиксации азота.

К
фотосинтезу способны многие представители прокариот. Раньше мы упоминали уже,
что фотосинтез бывает оксигенный и аноксигенный фотосинтез. Совмещают оба этих
вида опять же цианобактерии. Большинство бактерий способны поводить только один
из двух типов фотосинтеза. Встречаются фотосинтетики и среди архей.

Для
фотосинтеза необходим свет. При этом используются световые волны определенного
диапазаноа, который зависит от «настройки» биоантенн, улавливающих
квант света. Жесткий ультрафиолет использоваться не может, так как он
повреждает ДНК и белки. Растения реагируют на свет длиной волны до 700 нм.

Прокариоты
пользуются более широким спектром излучения. Наиболее простая схема фотосинтеза
– у археи галобактерии, живущей в Мертвом море. Красноватая окраска этих
бактерий обусловлена наличием пигментов каротиноидов, защищающих клетки от
фотоповреждений, которые вполне возможны при высокой интенсивности солнечного
света. Фотосинтез у галобактерий проводится специальным белком
бактериородопсином. Этот белок находится в клеточной мембране, улавливает квант
света и переводит его энергию в электрохимический заряд на мембране (DmH). В
качествен «антенны», улавливающей свет в бактериородопсине,
используется ретиналь – светочувствительная молекула, такая же, как та, что
содержится в родопсине, светочувстительном белке высших организмов.

Фотоантенной
у цианобактерий и высших растений служат хлорофиллы. Это сложные
полициклические соединения с наличием сопряженных связей.

Список литературы

Они населяют тропические реки и озера.

То, что они примитивны, не означает, что их больше нет. Не намного меньше. Цианобактерии продолжают населять пресноводные экосистемы (некоторые виды галофильны и могут развиваться в морях и океанах, но это необычно), особенно лентичные, то есть виды с небольшим движением воды, такие как озера и лагуны.

В любом случае, несмотря на то, что это наиболее распространенный вид, мы также можем найти цианобактерии в почве (пока она влажная), в сточных водах, на разлагающихся бревнах и даже в гейзерах, поскольку некоторые виды способны выдерживать очень большие нагрузки. высокие температуры.

Есть токсичные виды

Из 2000 зарегистрированных видов, около 40 из них имеют штаммы, способные синтезировать токсины.. Однако это производство токсинов происходит только в очень специфических условиях, в которых они бесконтрольно растут, образуя цветы, о которых мы поговорим позже.

В любом случае токсины обычно гепатотоксичны (влияют на печень) или нейротоксичны (влияют на нервную систему) и вредят находящимся поблизости рыбам или животным, которые пьют воду. Они могут быть смертельными, но цветение цианобактерий легко распознать (в воде видны колонии), поэтому в принципе нет риска отравления человека.

Рекомендуем прочитать: «20 самых ядовитых животных на свете»