كيف يتم ترتيب وتنفيذ العمليات الحياتية للبكتيريا التي تصنع كيميائيًا مختلف المواد؟ للإجابة على هذه الأسئلة ، تحتاج إلى فهم عدد من المفاهيم البيولوجية.
السمات المميزة للبكتيريا
أولاً ، دعنا نتعرف على البكتيريا. هذه هي مملكة الحياة البرية بأكملها. إنها كائنات وحيدة الخلية ذات حجم مجهري تفتقر إلى النواة. لكن هذا لا يعني أن البكتيريا بشكل عام ليس لديها هياكل مسؤولة عن نقل المعلومات الوراثية. لديها فقط تنظيم أكثر بدائية. هذه جزيئات DNA دائرية تتركز في جزء معين من السيتوبلازم يسمى nucleoid.
جوهر التغذية الذاتية
البكتيريا التخليقية الكيميائية ، التي ستتم مناقشة أمثلة عليها في مقالتنا ، تنتج بشكل مستقل مواد عضوية. إنها ذاتية التغذية ، مثل النباتات. ومع ذلك ، فإن هذا الأخير يستخدم طاقة ضوء الشمس لهذا الغرض. يسمح وجود البلاستيدات الخضراء للبلاستيدات الخضراء بإجراء عملية التمثيل الضوئي. يكمن جوهرها في تكوين الكربوهيدرات الجلوكوز منمواد غير عضوية - الماء وثاني أكسيد الكربون. منتج آخر من هذا التفاعل الكيميائي هو الأكسجين. البكتيريا هي أيضا ذاتية التغذية. لكنهم لا يحتاجون إلى ضوء الشمس للحصول على الطاقة. ينفذون عملية مختلفة - التخليق الكيميائي.
ما هو التخليق الكيميائي
التخليق الكيميائي هو عملية تكوين المواد العضوية بسبب حدوث تفاعلات الأكسدة والاختزال. يتم تنفيذه في الطبيعة فقط عن طريق بدائيات النوى. يمكن للبكتيريا المصنعة كيميائيًا استخدام مركبات الكبريت والنيتروجين والحديد لتصنيع المواد العضوية. هذا يطلق الطاقة ، والتي تتراكم أولاً في روابط ATP ، وبعد ذلك يمكن للخلايا البكتيرية استخدامها.
بكتيريا التخليق الكيميائي: الموطن
نظرًا لأن حياة المواد الكيميائية لا تعتمد على وجود ضوء الشمس ، فإن منطقة توزيعها واسعة جدًا. على سبيل المثال ، يمكن أن تعيش بكتيريا الكبريت في أعماق كبيرة ، وتكون أحيانًا الممثل الوحيد للكائنات الحية هناك. غالبًا ما يكون موطن بدائيات النوى هذه هو التربة ومياه الصرف والركائز الغنية بمركبات كيميائية معينة.
بكتيريا الحديد
تشتمل البكتيريا المُصنّعة كيميائيًا على بدائيات النوى التي تغير تكوين مركبات الحديد. تم اكتشافها من قبل عالم الأحياء الدقيقة الروسي سيرجي نيكولايفيتش فينوغرادسكي في عام 1950. هذا النوع من البكتيريا أثناء تفاعل الأكسدة يغير حالة أكسدة الحديد ، مما يجعله ثلاثي التكافؤ. إنهم يعيشون في المياه العذبة والمالحة. في الطبيعة ، يقومون بدورة الحديد فيهاالطبيعة ، وفي الصناعة تستخدم لإنتاج النحاس النقي. ينتمي هذا النوع من البكتيريا أيضًا إلى lithoautotrophs ، القادرة على تصنيع بعض عناصر خلاياها من حمض الكربونيك.
بكتيريا الكبريت
البكتيريا ، مواد التصنيع الكيميائي من مركبات الكبريت ، يمكن أن توجد بشكل منفصل في قاع المسطحات المائية أو تشكل تعايشًا مع الرخويات واللافقاريات البحرية. يستخدمون كبريتيد الهيدروجين أو الكبريتيد أو أحماض تيونيك أو الكبريت الجزيئي كمصدر للأكسدة. كان هذا النوع من البكتيريا هو الهدف الرئيسي في اكتشاف ودراسة عملية التخليق الكيميائي. تتضمن هذه المجموعة من بدائيات النوى أيضًا بعض بدائيات النوى الضوئية. على سبيل المثال ، مثل بكتيريا الكبريت الأرجواني أو الأخضر.
البكتيريا الآزوتية
البكتيريا الآزوتية تستقر على جذور النباتات البقولية. بدائيات النوى التخليق الكيميائي لهذه المجموعة تؤكسد الأمونيا إلى حمض النيتريك. يتم تنفيذ هذا التفاعل على عدة مراحل مع تكوين مواد وسيطة. هناك أيضًا بكتيريا مثبتة للنيتروجين في التربة. إنهم يعيشون على جذور النباتات البقولية. تخترق أنسجة العضو تحت الأرض ، فتشكل ثخانات مميزة. داخل هذه التكوينات ، يتم إنشاء بيئة مواتية لتدفق التخليق الكيميائي. إن تعايش النباتات مع بكتيريا العقيدات مفيد للطرفين. الأول يزود بدائيات النوى بالمواد العضوية التي يتم الحصول عليها أثناء عملية التمثيل الضوئي. من ناحية أخرى ، تستطيع البكتيريا إصلاح النيتروجين في الغلاف الجوي وتحويله إلى شكل يمكن الوصول إليهالنباتات.
لماذا هذه العملية مهمة جدا؟ في الواقع ، في الغلاف الجوي ، يكون تركيز النيتروجين مرتفعًا جدًا ويصل إلى 78٪. لكن في هذا الشكل ، لا تستطيع النباتات امتصاص هذه المادة. تحتاج النباتات إلى النيتروجين لتنمية الجذور. في هذه الحالة ، تأتي بكتيريا العقيدات للإنقاذ ، وتحولها إلى شكل نترات وأمونيوم.
Thion بكتيريا
بدائيات نوى ثيون هي أيضًا بكتيريا تخليق كيميائيًا. مصدر طاقتها هو مركبات الكبريت المختلفة. هذا النوع من البكتيريا يقلل منها إلى حمض الكبريتيك. يصاحب هذا التفاعل انخفاض كبير في درجة الحموضة في الوسط. تنتمي بكتيريا Thionic إلى مجموعة الحموضة. وتشمل هذه الكائنات الحية التي يمكن أن تعيش في ظروف الحموضة العالية. هذه الظروف نموذجية للمستنقعات. جنبا إلى جنب مع thianaceae ، تتكون هذه المجموعة من بكتيريا حمض اللاكتيك والأسيتيك ، والجلطات والدوارات.
بكتيريا الهيدروجين
هذه الأنواع من بدائيات النوى هي سكان التربة. يؤكسدون الهيدروجين الجزيئي في الماء مع إطلاق الطاقة. يتم تضمين هذه البكتيريا أيضًا في مجموعة الحرارة. وهذا يعني أنهم قادرون على البقاء على قيد الحياة في درجات حرارة عالية قد تصل إلى 50 درجة مئوية. تعود قدرة بكتيريا الهيدروجين إلى حقيقة أنها تفرز إنزيمات خاصة تعمل حتى في مثل هذه الظروف.
الدوربكتيريا التخليق الكيميائي
Chemotrophs تلعب دورًا رئيسيًا في العمليات المعقدة للتحول وتداول المواد الكيميائية المقابلة في الطبيعة. نظرًا لأن كبريتيد الهيدروجين والأمونيا مواد سامة تمامًا ، فهناك حاجة إلى تحييدها. يتم تنفيذ ذلك أيضًا بواسطة بكتيريا كيميائية. في سياق التحولات الكيميائية ، تتشكل المواد اللازمة للكائنات الحية الأخرى ، مما يجعل نموها الطبيعي وتطورها ممكنًا. تنشأ رواسب كبيرة من خامات الحديد والمنغنيز في قاع البحار والمستنقعات بسبب نشاط التغذية الكيميائية. وهي بكتيريا الحديد.
لقد تعلم الإنسان استخدام الخصائص الفريدة للتغذية الكيميائية في أنشطتهم. على سبيل المثال ، بمساعدة بكتيريا الكبريت ، يقومون بتنظيف مياه الصرف الصحي من كبريتيد الهيدروجين ، وحماية الأنابيب المعدنية والخرسانية من التآكل والتربة من التحمض.
إذن ، البكتيريا المُصنّعة كيميائيًا هي بدائيات النوى الخاصة القادرة على إجراء تفاعلات كيميائية مناسبة في ظل ظروف لاهوائية. هذه الكائنات الحية تؤكسد المواد. يتم تخزين الطاقة التي يتم إطلاقها في هذه الحالة أولاً في روابط ATP ، ثم يتم استخدامها لتنفيذ عمليات الحياة. وأهمها البكتيريا المثبتة للحديد والكبريت والنيتروجين. إنهم يعيشون في كل من بيئات الماء والتربة. المواد الكيميائية هي رابط لا غنى عنه في دورة المواد ، تزود الكائنات الحية بالمواد الضرورية ويستخدمها البشر على نطاق واسع في أنشطتهم الاقتصادية والصناعية.
