Способ питания бактерий фототрофы

Фототрофы

Фототрофы – микроорганизмы, в том числе бактерии, способные, как и растения, в качестве источника энергии использовать солнечный свет, или фотосинтезирующие микроорганизмы, использующие солнечную энергию [1] [3] .

Фототрофные прокариотическиеорганизмы, не вызывают заболевания у людей, тогда как хемотрофы не редко являются паразитическими организмами [3] .

Содержание:

Процесс фотосинтеза у бактерий

Все фотосинтезрующие бактерии содержат хлорофилл и каротиноиды. Последние, принимают участие в фотосинтезе, передавая энергию поглощаемого света бактериохлорофиллу.

В основе бактериального фотосинтеза лежит превращение световой энергии, поглощенной пигментами, в химическую энергию макроэргических связей АТФ, образуемой в процессе фотофосфорилирования и используемой впоследствии для усвоения углекислого газа и процессов биосинтеза.

Общие черты фотосинтеза бактерий и зеленых растений сходны. Отличие состоит в том, что у зеленых растений источником водорода служит вода, окисляемая до кислорода. В результате фотосинтеза у зеленых растений выделяется кислород [4] .

У фотолитотрофных (фотосинтезирующих бактерий, использующие в качестве доноров электронов неорганические вещества) – источником водорода для фотосинтеза является сероводород или молекулярный водород. В данном случае кислород не выделяется.

Кроме того, у растений для восстановления одной молекулы углекислоты расходуется четыре кванта энергии, у бактерий – только один квант. Конечные продукты фотосинтеза у растений и бактерий одинаковы. Это соединения типа углеводов [4] .

Зеленые бактерии

1 – Chlorobium limicola

2 – Prosthecochloris aestuarii

Примеры бактерий-фототрофов

К фотосинтезирующим бактериям кроме зеленых бактерий, относятся: гелиобактерии, пурпурные несеробактерии, пурпурные серобактерии [4] .

Гелиобактерии – единственные грамположительные фототрофы, способные к образованию настоящих эндоспор.

Описано два вида, различающиеся морфологически:

Heliobacterium chlorum – длинные одиночные палочки (1,0х7,0–10 мкм), передвигающиеся путем скольжения;
Heliobacillus mobilis – короткие палочковидные бактерии с перитрихиально расположенными жгутиками.

Гелиобактерии – облигатные (обязательные) фототрофы. Рост и развитие бактерий, данной группы возможны только на свету в анаэробных условиях. Источниками углерода для них служат органические кислоты (молочная, уксусная, масляная, пировиноградная)

Фиксация углекислого газа осуществляется в цикле Кальвина. Дыхательный метаболизм отсутствует. Гелиобактерии являются активными азотфиксаторами, обитают в почвах и содовых озерах [2] .

Гелиобакерии осуществляют аноксигенный фотосинтез благодаря наличию в клетках единственного бактериохлорофилла g. У других бактерий с бескислородным типом фотосинтеза данное вещество не обнаружено. Как и у всех фотосинтезирующих бактерий в клетках гелиобактерий, кроме бактериохлорофилла g, присутствует незначительное количество каротиноидов [2] .

Несерные пурпурные бактерии – фотоорганотрофы (фотосинтезирующие организмы, использующие в качестве донора электронов органические соединения). Они входят в семейство Rhodospiriliaceae, представленное двумя родами: Rhodospirillum– клетки спиральной формы и Rhodospirillum– клетки палочковидной формы [1] .

Эта группа бактерий способна в качестве источника энергии использовать не только солнечный свет, но и аэробное окисление. На свету они развиваются только в анаэробных условиях. Развитие несерных пурпурных бактерий в темноте возможно только при наличии кислорода и серы. Они характеризуются полным набором основных дыхательных ферментов [1] .

Пурпурные серобактерии – полифилетическая группа бактерий, характеризующаяся различными морфологическими формами – кокки, палочки, спириллы. Представители группы живут в анаэробных условиях и развиваются на свету при наличии в среде сероводорода и тиосульфата натрия [1] .

Пурпурные серобактерии вырабатывают особый пигмент типа хлорофилла – бактериопурин. При помощи данного пигмента они используют световую энергию для построения органического вещества тела из углекислого газа и неорганических солей.

Пурпурные серобактерии относят к фотолитотрофам [1] .

Распространение фототрофных бактерий

Фототрофные бактерии – это типичные водные микроорганизмы. Распространены они, как в пресных, так и в соленых водоемах. Очень часто встречаются в местах, где присутствует сероводород, в мелководье или на значительной глубине. В почве фототрофных бактерий мало, но при затоплении водой они развиваются очень активно [2] .

Распространение фототрофных прокариот в различных средах определяется присутствием трех основных факторов: света, молекулярного кислорода, питательной среды [2] .

Потребность в световой энергии и диапазоне длин поглощаемого света для фотосинтеза определяется набором светособирающих пигментов. Прокариоты с кислородным типом фотосинтеза поглощают свет в том же диапазоне, что и водоросли, и высшие растения [2] .

Пурпурные и зеленые бактерии, гелиобактерии – развиваются в водоемах под различной мощности слоем цианобактерий и водорослей, поглощающих свет с длиной волны до 750 нм. Фотосинтез пурпурных и зеленых бактерий, гелиобактерий, в данном случае, тесно связан со способностью цианобактерий и водорослей поглощать свет в красной и инфракрасной областях спектра за пределами поглощения хлорофиллов. Крайняя граница этой части спектра устанавливается способностью пигментов некоторых пурпурных бактерий (бактериохлорофиллов) поглощать свет с длиной волны до 1100 нм [2] .

Установлены виды фотосинтезирующих прокариотов способных успешно развиваться в водоемах на глубине до 20–30 метров за счет активности пигментов другой группы – коратиноидов [2] .

По отношению к молекулярному кислороду в числе фототрофных прокариот присутствуют строгие анаэробы, факультативные анаэробы, микроаэрофилы, организмы, образующие кислород внутриклеточно [2] .

Различия в питательных веществах, необходимых для метаболизма, так же значительны. Они варьируют от сложных пищевых потребностей до минимального уровня [2] .

Источник

Питание бактерий

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.

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

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.

Природа доноров электронов

По природе доноров электронов бактерии делят на:

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

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.

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.

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

хемолитоавтотрофы – хемотрофы+литотрофы+ автотрофы;
хемолитогетеротрофы – хемотрофы+литотрофы+ гетеротрофы;
хемоорганоавтотрофы – хемотрофы+ органотрофы+ автотрофы;
хемоорганогетеротрофы – хемотрофы+органотрофы+гетеротрофы;
фотолитоавтотрофы – фототрофы+ литотрофы+ автотрофы;
фотолитогетеротрофы – фототрофы + литотрофы+ гетеротрофы;
фотоорганоавторофы – фототрофы+органотрофы+автотрофы;
фотоорганогетеротрофы – фототрофы+органотрофы+гетеротрофы.

Способы питания прокариот представлены в Таблице 1.

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.

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.

Источник

Понятие фототрофа в биологии, примеры, тип питания

В биологии фототрофами являются бактерии, относящиеся к группе автотрофных организмов и поглощающие свет в качестве источника энергии. Свет поддерживает разнообразные метаболические процессы в микроорганизмах. Фототрофы часто используют при исследовании процессов и эволюции фотосинтеза в разных аспектах, а также в поиске путей пигментного биосинтеза и углеродного метаболизма.

Чтобы научиться отличать их от других бактерий, необходимо знать некоторые особенности, которые могут отличаться у разных типов этих организмов.

Места обитания фототрофных бактерий

Фототрофные бактерии распространены преимущественно в соленых и пресных водоемах. Чаще всего они обитают в местах с наличием сероводорода. Находиться они могут на любой глубине. Редко такие организмы встречаются в почвах, но если произойдет затопление земли, то может наблюдаться интенсивный рост находящихся в ней фототрофов.

Развитие фототрофов легко заметить даже без микроскопических исследований и постановки накопительных культур, поскольку они часто покрывают подводные объекты яркими пленками. Серные источники, бухты, лиманы, пруды и озера полны такими фототрофными скоплениями. При массовом развитии этих организмов может измениться цвет водоема, в которых они обитают. С небольшим количеством бактерий окрашиваются только некоторые слои воды. Окрашивание нескольких водных слоев обычно происходит на дне озер, где присутствует сероводород.

Описание фототрофных организмов и примеры

Фототрофные организмы еще называют фотосинтезирующими микроорганизмами. Световая энергия, которую поглощают фототрофы, помогает биосинтезу клеточных компонентов и энергозависимым процессам, обеспечивающим рост бактерий.

Фототрофы представлены:

Зелеными и пурпурными бактериями;
Гелиобактериями;
Цианобактериями;
Красными, зелеными, диатомовыми и другими водорослями.

Самыми древними фотосинтезирующими автотрофами являются зеленые и пурпурные бактерии. Именно с них начались исследования фототрофной группы. По организации своей группы они похожи с сине-зелеными водорослями. Они получили название сине-зеленых бактерий, или цианобактерий, так как они являются прокариотами. Но по фотосинтезирующей форме, составу хлорофиллов и пигментам зеленые и пурпурные серобактерии сильно отличаются от других фототрофов.

Фотосинтез происходит в хлоропластах — специальных зеленых пластидах, расположенных в клетках. Хлоропласты содержат в себе хлорофилл, являющийся пигментом, окрашивающим части автотрофов в зеленый оттенок. Процесс происходит только при наличии воды и углекислого газа, выделяющегося из живых организмов при дыхании. Большая часть фототрофов выделяет кислород, который жизненно необходим объектам живой природы.

Это интересно: что такое атф-молекула, ее функции и роль в организме.

Строение фотосинтетического аппарата большинства фототрофов включает:

Светособирающие пигменты, поглощающие световую энергию и передающую ее в реакционный центр;
Фотохимические реакционные центры, в которых электромагнитная форма энергии трансформируется в химическую;
Фотосинтетические электротранспортные системы, которые обеспечивают перенос электронов и запасают энергию в молекулах АТФ (аденозинтрифосфат).

Большая часть фототрофов представлена автотрофными организмами, поэтому их еще называют фотоавтотрофы. У них происходит фиксирование неорганического углерода. Таким организмам часто противопоставляются хемотрофы, получающие энергию в результате окислительно-восстановительных реакций, в которых окисляются доноры электронов. В фотоавтотрофных микроорганизмах может происходить синтез своих собственных продуктов питания, которые они получают из неорганических веществ под воздействием световой энергии и углекислого газа. К фотоавтотрофам относится ряд зеленых растений, цианобактерий и множество фотосинтезирующих бактерий.

Другой группой фототрофов выступают организмы, которые называют фотогетеротрофами. Для них свойственно использование света в качестве источника энергии и органических соединений как источника углерода. Синтез АТФ фотогетеротрофами происходит с помощью фотофосфорилирования. Поскольку эти бактерии не могут фиксировать бесцветный газ, построение биомолекул микроорганизма осуществляется с готовыми органическими соединениями. Группа таких фототрофов включает пурпурные и зеленые несерные бактерии, гелиобактерии, галобактерии и некоторые виды цианобактерий, способные расти гетеротрофно.

Тип питания фототрофов

Восполнение запасов энергии и нужных веществ клеточными организмами осуществляется с питанием. Все разновидности питания, которые сегодня известны науке, встречаются у бактерий. Процесс обмена веществ у живых организмов имеет практически один и тот же механизм, но у микроорганизмов имеется ряд особенностей в этом плане.

Световая энергия преобразуется фототрофными микроорганизмами в фотосинтетические пигменты, которые могут быть:

хлорофиллами. При фотосинтезе происходит выделение кислорода. Этот процесс называется кислородный или оксигенный фотосинтез. Такими процессами характеризуются цианобактерии.
бактериохлорофиллами. Пигменты, относящиеся к хлорофиллам, не выделяют кислород во время фотосинтеза. Используемый пигмент реагирует на свет с волной другой длины. Он не может поглощаться ни растениями, ни цианобактериями, ни водорослями. Аноксигенный, или бескислородный, фотосинтез характерен для пурпурных, зеленых и гелиобактерий.
бактериородопсинами. Такой пигмент фотосинтеза встречается только у галобактерий, который содержится в пурпурных мембранах.

Есть теория, что фотосинтез может осуществляться и с другим источником света. В месте подводного термального источника обнаружили серобактерии, которые обитают на глубине ниже 2 км, куда солнечный свет не может проникнуть. Есть предположение, что происходит поглощение световых волн из термального источника бактериохлорофиллом, содержащимся в серобактериях.

Главное биологическое назначение фототрофов — это обеспечение всего живого кислородом. Некоторые виды обеспечивают круговорот азота, серы и других веществ в природе. Как видно, микроорганизмы играют большую роль в этом огромном мире.

Источник