Quá trình sống của vi khuẩn sinh tổng hợp các chất khác nhau được sắp xếp và thực hiện như thế nào? Để trả lời những câu hỏi này, bạn cần hiểu một số khái niệm sinh học.
Tính năng đặc trưng của vi khuẩn
Đầu tiên, chúng ta hãy tìm hiểu xem vi khuẩn là ai. Đây là toàn bộ vương quốc của động vật hoang dã. Chúng là những sinh vật đơn bào có kích thước hiển vi nhưng không có nhân. Nhưng điều này không có nghĩa là vi khuẩn nói chung không có cấu trúc chịu trách nhiệm truyền thông tin di truyền. Nó chỉ có một tổ chức sơ khai hơn. Đây là những phân tử DNA hình tròn tập trung trong một phần cụ thể của tế bào chất được gọi là nucleoid.
Bản chất của dinh dưỡng tự dưỡng
Vi khuẩn tổng hợp, các ví dụ sẽ được thảo luận trong bài viết của chúng tôi, sản xuất độc lập các chất hữu cơ. Chúng là sinh vật tự dưỡng, giống như thực vật. Tuy nhiên, sau này sử dụng năng lượng của ánh sáng mặt trời cho việc này. Sự hiện diện của plastids màu lục của lục lạp cho phép chúng thực hiện quá trình quang hợp. Bản chất của nó nằm trong sự hình thành của cacbohydrat glucose từchất vô cơ - nước và khí cacbonic. Một sản phẩm khác của phản ứng hóa học này là oxy. Vi khuẩn cũng là sinh vật tự dưỡng. Nhưng chúng không cần ánh sáng mặt trời để lấy năng lượng. Chúng thực hiện một quá trình khác - tổng hợp hóa học.
Hóa tổng hợp là gì
Hóa tổng hợp là quá trình hình thành các chất hữu cơ do xảy ra các phản ứng oxi hóa khử. Nó chỉ được thực hiện trong tự nhiên bởi sinh vật nhân sơ. Vi khuẩn hóa tổng hợp có thể sử dụng các hợp chất lưu huỳnh, nitơ và sắt để tổng hợp các chất hữu cơ. Điều này giải phóng năng lượng, lần đầu tiên được tích lũy trong các liên kết ATP, sau đó nó có thể được sử dụng bởi các tế bào vi khuẩn.
Vi khuẩn sinh tổng hợp: môi trường sống
Vì sự sống của các sinh vật hóa dưỡng không phụ thuộc vào sự hiện diện của ánh sáng mặt trời nên khu vực phân bố của chúng khá rộng. Ví dụ, vi khuẩn lưu huỳnh có thể sống ở độ sâu lớn, đôi khi là đại diện duy nhất của các sinh vật sống ở đó. Môi trường sống của những sinh vật nhân sơ này thường là đất, nước thải và các chất nền giàu các hợp chất hóa học nhất định.
Vi khuẩn sắt
Vi khuẩn sinh tổng hợp bao gồm các sinh vật nhân sơ thay đổi thành phần của các hợp chất sắt. Chúng được phát hiện bởi nhà vi sinh vật học xuất sắc người Nga Sergei Nikolaevich Vinogradsky vào năm 1950. Loại vi khuẩn này trong quá trình phản ứng oxy hóa sẽ thay đổi trạng thái oxy hóa của sắt, khiến nó trở thành hóa trị ba. Chúng sống ở vùng nước ngọt và nước mặn. Trong tự nhiên, chúng thực hiện chu trình sắt trongtự nhiên, và trong công nghiệp được sử dụng để sản xuất đồng nguyên chất. Loại vi khuẩn này cũng thuộc loài sinh vật tự dưỡng, có khả năng tổng hợp một số nguyên tố trong tế bào của chúng từ axit cacbonic.
Vi khuẩn lưu huỳnh
Vi khuẩn, các chất sinh tổng hợp từ các hợp chất lưu huỳnh, có thể tồn tại riêng biệt dưới đáy các thủy vực hoặc hình thành cộng sinh với nhuyễn thể và động vật không xương sống ở biển. Họ sử dụng hydro sunfua, sunfua, axit thionic hoặc lưu huỳnh phân tử làm nguồn oxy hóa. Loại vi khuẩn này là đối tượng chính trong việc khám phá và nghiên cứu quá trình tổng hợp hóa học. Nhóm sinh vật nhân sơ này cũng bao gồm một số sinh vật nhân sơ quang dưỡng. Ví dụ, chẳng hạn như vi khuẩn lưu huỳnh màu tím hoặc xanh lục.
Vi khuẩn nitrat hóa
Vi khuẩn nitrat hóa lắng đọng trên rễ của cây họ đậu. Sinh vật nhân sơ hóa tổng hợp thuộc nhóm này oxy hóa amoniac thành axit nitric. Phản ứng này được thực hiện trong nhiều giai đoạn với sự tạo thành các chất trung gian. Trong đất còn có các vi khuẩn cố định đạm. Chúng sống nhờ vào rễ của cây họ đậu. Thâm nhập vào các mô của cơ quan ngầm, chúng tạo thành các lớp đặc đặc trưng. Bên trong sự hình thành như vậy, một môi trường thuận lợi được tạo ra cho dòng chảy của quá trình tổng hợp hóa học. Sự cộng sinh của thực vật với vi khuẩn nốt sần là đôi bên cùng có lợi. Đầu tiên cung cấp cho sinh vật nhân sơ chất hữu cơ thu được trong quá trình quang hợp. Mặt khác, vi khuẩn có thể cố định nitơ trong khí quyển và chuyển nó thành dạng có thể tiếp cận được vớithực vật.
Tại sao quá trình này lại quan trọng như vậy? Thật vậy, trong khí quyển, nồng độ nitơ khá cao và lên tới 78%. Nhưng ở dạng này cây không hấp thụ được chất này. Cây cần nitơ để phát triển rễ. Trong tình huống này, vi khuẩn nốt sần đến giải cứu, chúng biến nó thành dạng nitrat và amoni.
Thion vi khuẩn
Thion sinh vật nhân sơ cũng là vi khuẩn sinh tổng hợp. Nguồn năng lượng của chúng là các hợp chất lưu huỳnh khác nhau. Loại vi khuẩn này khử chúng thành axit sulfuric. Phản ứng này đi kèm với sự giảm đáng kể pH của môi trường. Vi khuẩn thionic thuộc nhóm ưa axit. Chúng bao gồm các sinh vật có thể tồn tại trong điều kiện có độ axit cao. Điều kiện như vậy là điển hình cho đầm lầy. Cùng với họ thianaceae, nhóm này được tạo thành từ vi khuẩn lactic và axit axetic, trùng roi và luân trùng.
Vi khuẩn hydro
Những loại sinh vật nhân sơ này là cư dân sống trong đất. Chúng oxy hóa hydro phân tử thành nước với giải phóng năng lượng. Những vi khuẩn như vậy cũng được xếp vào nhóm sinh vật ưa nhiệt. Điều này có nghĩa là chúng có khả năng tồn tại ở nhiệt độ cao, có thể lên tới 50 độ C. Khả năng này của vi khuẩn hydro là do chúng tiết ra các enzym đặc biệt hoạt động ngay cả trong những điều kiện như vậy.
Vai tròvi khuẩn tổng hợp hóa học
Hóa chất tự dưỡng đóng một vai trò quan trọng trong các quá trình phức tạp của sự biến đổi và tuần hoàn của các chất hóa học tương ứng trong tự nhiên. Vì hydrogen sulfide và amoniac là những chất khá độc nên cần phải trung hòa chúng. Điều này cũng được thực hiện bởi vi khuẩn hóa dưỡng. Trong quá trình biến đổi hóa học, các chất cần thiết cho các sinh vật khác được hình thành, giúp chúng sinh trưởng và phát triển bình thường. Các mỏ sắt và quặng mangan lớn ở đáy biển và đầm lầy hình thành do hoạt động của các sinh vật hóa học. Cụ thể là vi khuẩn sắt.
Con người đã học cách sử dụng các đặc tính độc đáo của sinh vật tự dưỡng trong các hoạt động của chúng. Ví dụ: với sự trợ giúp của vi khuẩn lưu huỳnh, chúng làm sạch nước thải khỏi hydrogen sulfide, bảo vệ ống kim loại và bê tông khỏi bị ăn mòn, và đất khỏi bị axit hóa.
Vì vậy, vi khuẩn sinh tổng hợp là những sinh vật nhân sơ đặc biệt có khả năng thực hiện các phản ứng hóa học thích hợp trong điều kiện yếm khí. Các sinh vật này oxy hóa các chất. Năng lượng được giải phóng trong trường hợp này đầu tiên được lưu trữ trong các liên kết ATP, và sau đó được sử dụng để thực hiện các quá trình sống. Những loại chính là vi khuẩn cố định sắt, lưu huỳnh và nitơ. Chúng sống trong cả môi trường nước và đất. Sinh vật hoá học là mắt xích không thể thiếu trong chu trình các chất, cung cấp cho cơ thể sống những chất cần thiết và được con người sử dụng rộng rãi trong các hoạt động kinh tế và công nghiệp.
