Определение и суть понятий фотосинтез и хемосинтез

Определение и суть понятий фотосинтез и хемосинтез

Перед тем как разбираться, в чем состоит различие процессов дыхания и фотосинтеза, дадим определения понятиям хемосинтез и фотосинтез.

Фотосинтез и хемосинтез — это базовые процессы, происходящие в живых организмах и позволяющие сформировать источники жизнедеятельности для автотрофных живых существ (растений и небольшой группы бактерий). Именно эти организмы являются главным источником питания и начальным звеном пищевой пирамиды для гетеротрофов и сапротрофов.

Особенности фотосинтеза

При участии фотосинтеза происходит образование нескольких миллиардов тонн органического вещества, а также двести миллиардов тонн кислорода. Этот кислород поступает в атмосферу и используется всеми живыми организмами для процесса дыхания.

Для процесса фотосинтеза характерны некоторые особенности:

• осуществление в специальных органах — пластидах, содержащих пигмент хлорофилл. В таких органоидах есть граны: они состоят из тилакоидов, которые лежат в строме;
• окислительно-восстановительная реакция сопровождается потреблением воды, определенных групп неорганических веществ и углекислого газа;
• стимуляция процесса происходит благодаря поступающими в растение квантами света. В этом время молекулы хлорофилла переходят в возбужденное состояние;
• в результате реакции происходит выделение кислорода и создание органических веществ (обычно — глюкозы и виноградного сахара).

Особенности хемосинтеза

В процессе хемосинтеза в отличие от фотосинтеза происходит обеспечение круговорота азота в природе. Благодаря хемосинтезу серобактерии создают базу для образования почв и способствуют их выветриванию. При помощи водородных бактерий происходит окисление больших объемов водорода: это дает возможность большинству микроорганизмов от него избавиться. Нитрифицирующие бактерии способствуют повышению плодородности грунта, принимают участи в очистке сточных вод.

Процесс хемосинтеза осуществляется в клетках бактерий и архей. Особенностью хемосинтеза является то, что синтез органических веществ происходит не прямо, а посредством образования энергии АТФ: позже она используется на синтез органики. Живыми организмами используется углекислый газ, водород и кислород, которые образуются в результате окисления аммиака, оксида железа, водорода и сероводорода.

Хемосинтез протекает под землей, в океанских глубинах и даже в других живых организмах. Также особенностью процесса является то, что он не зависит от световой энергии и солнечного света.

Значение хемосинтеза в природе очень велико. Окисление неорганических веществ — важная составляющая общего круговорота веществ в природе. Хемотрофы достаточно свободны от солнечного света, поэтому эти организмы — единственные, кто способен обитать в труднодоступных местах вроде глубоководных впадин, рифтовых океанических зон.

Эти прокариоты перерабатывают аммиак и сероводород — ядовитые вещества, которые нейтрализуются при помощи хемосинтеза.

Хемосинтез дает возможность сформировать «подземную биосферу»: с помощью организмов, не нуждающихся в свете и кислороде. Такое уникальное свойство присуще анаэробным бактериям.

Эти бактерии обитают на корнях бобовых и злаковых растений, формируя, таким образом, взаимовыгодный или симбиотический тип взаимодействия. В этом случае растения поставляют бактериальным организмам необходимые углеводы, произведенные в процессе хемосинтеза.

Работа серобактерий — еще один пример хемосинтеза в природе. Изучение этой работы лежит в основе первичного исследования хемосинтеза.

В процессе окисления этот вид бактерий использует сильфиды, сульфаты, сероводород и прочие вещества. Эта система превращений осуществляется как в клетках, так и за их пределами. Такая особенность активно используется для решения проблемы дополнительной аэрации и закисления почв. Пресные и соленые водоемы — природная среда обитания серобактерий.

Можно встретить варианты симбиоза таких организмов с трубчатыми червями и моллюсками, обитающими в иле и придонной зоне.

Также бактерии могут быть источником азота — он обогащает корневую систему растений. Для этого вида прокариот характерны два типа химических реакций:

1. Превращение аммиака в нитраты.
2. Превращение нитратов в свободный газообразный азот.

Как результат перечисленных химических реакций — круговорот химического вещества в природе.

Как видно, фотосинтез и хемосинтез — глобальные процессы обмена веществ, благодаря которым все живые организмы обеспечиваются органическими веществами. Эти вещества используются организмами для собственных уникальных функций. Оба процесса основаны на осуществлении окислительно-восстановительных реакций, преобразующих полученные из различных источников энергию.

Сравнение фотосинтеза и хемосинтеза

Между этими двумя процессами есть как сходства, так и очевидные различия. Фотосинтез и хемосинтез схожи тем, что представляют собой типы автотрофного питания: в результате такого питания организмом образуются органические вещества из неорганических. Происходит запасание энергии в виде аденозинтрифосфорной кислоты. В последствии она используется для синтеза органических веществ.

Среди различий выделим:

• источник энергии, обеспечивающий процессы. Различаются также окислительно-восстановительные реакции, которые протекают внутри этих процессов;
• первичный источник энергии при хемосинтезе — химические реакции по окислению некоторых веществ;
• хемосинтез встречается только среди бактерий и архей;
• в случае хемосинтеза в клетках бактерий нет хлорофилла, а в случае фотосинтеза этот пигмент есть;
• при хемосинтезе источником углерода может быть углекислый газ, угарный газ, муравьиная кислота, уксусная кислота, карбонаты и метанол.