Чем хемосинтез отличается от фотосинтеза

Разница между фотосинтезом и хемосинтезом

Фотосинтез и хемосинтез являются одними из самых захватывающих процессов, которые происходят в живых организмах. Знание различий между этими двумя реакциями считается необходимым минимумом для учащегося старшей школы, но именно сравнение этих архиважных процессов зачастую вгоняет в ступор самых старательных и вдумчивых учеников.

Определение

Фотосинтез – процесс синтеза органического вещества, простимулированный энергией солнечного света.

Хемосинтез – процесс образования органических соединений, который «заводится» без обязательного наличия солнечных квантов.

Сравнение

Фотосинтез является источником жизнедеятельности живых существ-автотрофов, а именно подавляющего большинства представителей царства Растений и некоторых типов Бактерий, которые в свою очередь служат основным питанием или началом пищевой пирамиды для организмов-гетеротрофов и сапротрофов. Благодаря фотосинтезу на Земле ежегодно образуется 150 миллиардов тонн органического вещества, а атмосфера пополняется 200 миллиардами тонн кислорода, пригодного для дыхания прочих организмов.

Фотосинтез происходит в пластидах – органеллах клеток растений, обладающих пигментом хлорофиллом. В процессе окислительно-восстановительной реакции, коей является фотосинтез, происходит потребление растением воды и неорганических веществ, а именно углекислого газа. Стимулируется сей процесс наличием энергии солнечных квантов. В результате реакции выделяется кислород, а также синтезируются органические вещества – в большинстве случаев глюкоза, она же гексоза или виноградный сахар.

Благодаря хемосинтезу в биосфере происходит круговорот азота, серобактерии выветривают горные породы, создавая базу для образования почв, а водородные бактерии окисляют опасные объемы водорода, которые накапливаются в процессе жизнедеятельности некоторых микроорганизмов. Кроме того, нитрифицирующие бактерии способствуют повышению плодородия грунта, а серобактерии участвуют в очищении сточных вод.

Хемосинтез дислоцируется в клетках бактерий и архей. В процессе окислительно-восстановительных реакций происходит синтез органических веществ. Только не прямо, а через образование энергии АТФ, которая позже тратится на синтез органики. Для этого живые организмы используют CO₂, водород и кислород, образованные при окислении аммиака, оксида железа, сероводорода и водорода. Учитывая то, что хемосинтез может происходить под землей, в глубинах Мирового океана, в середине других живых организмов, к энергии света он не привязан, им не «заводится», от Солнца не зависит.

Хемосинтез – уникальный процесс питания бактерий

Содержание:

Процесс хемосинтеза в биологии представляет собой в некотором смысле уникальное явление, ведь это необычный тип питания бактерий, основанный на усвоении углекислого газа СО₂ благодаря окислению неорганических соединений. Причем что интересно, по мнению ученых, хемосинтез это древнейший тип автотрофного питания (такого питания, когда организм сам синтезирует органические вещества из неорганических), который мог появиться даже раньше нежели фотосинтез.

История открытия хемосинтеза

Как биологическое явление хемосинтез бактерий был открыт русским биологом С. Н. Виноградским в 1888 году. Ученый доказал способность некоторых бактерий выделять углеводы используя химическую энергию. Им же был выделен ряд особых хемосинтизирующих бактерий, среди которых наиболее заметными являются серобактерии, железобактерии и нитрифицирующие бактерии.

Хемосинтез и фотосинтез: сходства и различия

Давайте теперь разберем в чем сходство хемосинтеза и фотосинтеза, а в чем различия между ними.

• Как хемосинтез, так и фотосинтез являются типами автотрофного питания, когда организм выделяет органические вещества из неорганических.
• Энергия такой реакции запасается в аденозинтрифосфорной кислоте (сокращено АТФ) и впоследствии используется для синтеза органических веществ.

Отличие фотосинтеза от хемосинтеза:

• У них разный источник энергии, и как следствие разные окислительно-восстановительных реакции. При хемосинтезе первичным источником энергии является не солнечный свет, а химические реакции по окислению определенных веществ.
• Хемосинтез характерен исключительно для бактерий и арей.
• При хемосинтезе клетки бактерий не содержат хлорофилла, при фотосинтезе наоборот – содержат.
• Источником углерода для синтеза органики при хемосинтезе может быть не только лишь углекислый газ, но и окись углерода (СО), муравьиная кислота, уксусная кислота, метанол и карбонаты.

Энергия хемосинтеза

Свою энергию бактерии хемосинтетики получают благодаря окислению водорода, марганца, железа, серы, аммиака и т. д. В зависимости от окисляемого субстрата упомянутые нами выше бактерии и получили свои названия: железобактерии, серобактерии, метанобразующие археи, нитрифицирующие бактерии, ну и так далее.

Значение хемосинтеза в природе

Хемотрофы – организмы, получающие жизненную энергию благодаря хемосинтезу, играют важную роль в круговороте веществ, особенно азота, в частности они поддерживают плодородность почв. Также благодаря деятельности бактерий-хемосинтетиков в природных условиях накапливаются большие запасы руды и селитры.

Реакции хемосинтеза

Теперь давайте более детально разберем существующие реакции хемосинтеза, все они отличаются в зависимости от бактерий-хемосинтетиков.

Железобактерии

К ним относятся нитчатые и железоокисляющие лептотриксы, сферотиллюсы, галлионеллы, металлогениумы. Обитают они в пресных и морских водоемах. Благодаря реакции хемосинтеза образуют отложения железных руд путем окисления двухвалентного железа в трехвалентное.

Помимо энергии в этой реакции образуется углекислый газ. Также помимо бактерий окисляющих железо, есть бактерии окисляющие марганец.

Серобактерии

Иное их название – тиобактерии, представляют собой весьма большую группу микроорганизмов. Как это следует из их названия, эти бактерии получают энергию путем окисления соединений с восстановленной серой.

Полученная в результате реакции сера может, как накапливаться в самих бактериях, так и выделятся в окружающую среду в виде хлопьев.

Нитрифицирующие бактерии

Эти бактерии, обитающие в земле и воде, свою энергию получают за счет аммиака и азотистой кислоты, именно они играют очень важную роль в кругообороте азота.

Азотистая кислота, полученная при такой реакции, образует в земле соли и нитраты, способствующие ее плодородию.

Хемосинтез, видео

И в завершение образовательное видео о сути хемосинтеза.

Автор: Павел Чайка, главный редактор журнала Познавайка

При написании статьи старался сделать ее максимально интересной, полезной и качественной. Буду благодарен за любую обратную связь и конструктивную критику в виде комментариев к статье. Также Ваше пожелание/вопрос/предложение можете написать на мою почту pavelchaika1983@gmail.com или в Фейсбук, с уважением автор.

Эта статья доступна на английском языке – Chemosynthesis.

Разница между хемосинтезом и фотосинтезом

Основное отличие – хемосинтез против фотосинтеза

Хемосинтез и фотосинтез являются двумя основными производственными механизмами, когда организмы производят свою собственную пищу. Оба процесса участвуют в производстве простых сахаров, таких как глюкоза, начиная с углекислого газа и воды. главное отличие между хемосинтезом и фотосинтезом является то, что хемосинтез – это процесс, который синтезирует органические соединения в клетке за счет энергии, получаемой в результате химических реакций в то время как Фотосинтез – это процесс, который синтезирует органические соединения с помощью энергии, получаемой от солнечного света.

Эта статья смотрит на,

1. Что такое хемосинтез
– определение, характеристики, процесс
2. Что такое фотосинтез
– определение, характеристики, процесс
3. В чем разница между хемосинтезом и фотосинтезом

Что такое хемосинтез

Хемосинтез – это синтез органических соединений с использованием энергии, получаемой путем окисления неорганических соединений. Хемосинтез происходит в отсутствие солнечного света, в таких местах, как гидротермальные жерла в глубоком океане. Организмы, живущие в гидротермальных жерлах, используют неорганические соединения, выходящие из морского дна, в качестве источника энергии для производства продуктов питания. Таким образом, гидротермальные жерла состоят из высокой биомассы, включая редкое распределение животных, которые зависят от пищи, сбрасываемой в результате хемосинтеза. Хемосинтез в основном осуществляется микробами, которые находятся на морском дне, образуя микробные маты. На циновке, поедающей его, можно встретить чешуйчатых червей, блюдца и улиток, таких как травоядные. Хищники приходят и едят этих травоядных. Животные, такие как трубчатые черви, живут как симбионты с хемосинтетическими бактериями. Гигантские трубчатые черви рядом с гидротермальным жерлом показаны на Рисунок 1.

Рисунок 1: Гигантские трубчатые черви рядом с гидротермальным жерлом

Во время хемосинтеза бактерии используют энергию, запасенную в химических связях сероводорода или газообразного водорода, для производства глюкозы из растворенного углекислого газа и воды. Химическая реакция на использование сероводорода в хемосинтезе показана ниже.

12ЧАС₂S + 6CО₂ → C₆ЧАС₁₂О₆ (Глюкоза) + 6ЧАС₂О + 12S

Организмы, которые выполняют хемосинтез, называются хемотрофами. Хемоорганотрофы и хемолитотрофы – это две категории хемотрофов. Хемолитотрофы используют электроны из неорганических химических источников, таких как сероводород, ионы аммония, ионы железа и элементная сера. Acidithiobacillus ferrooxidans которые представляют собой железные бактерии, Nitrosomonas, который представляет собой нитрозирующие бактерии, Nitrobactor, который представляет собой нитрифицирующие бактерии, сероокисляющие протеобактерии, aquificaeles и метаногенные археи, являются примерами хемолитотрофов.

Что такое фотосинтез

Фотосинтез – это процесс, при котором зеленые растения и водоросли синтезируют глюкозу с образованием углекислого газа и воды, используя солнечный свет в качестве источника энергии. Пигмент хлорофилл участвует в этом процессе. У растений фотосинтез происходит в специализированных пластидах, называемых хлоропластами. Высшие растения состоят из листьев, содержащих больше хлорофилла для эффективного проведения фотосинтеза.

Рисунок 2: фотосинтезирующие листья

Обнаружены две категории фотосинтеза: кислородный фотосинтез и аноксигенный фотосинтез. Кислородный фотосинтез происходит у цианобактерий, водорослей и растений, тогда как аноксигенный фотосинтез происходит у пурпурных серных бактерий и зеленых серных бактерий. Во время кислородного фотосинтеза электроны переносятся из воды в углекислый газ. Таким образом, вода окисляется и диоксид углерода восстанавливается, образуя глюкозу. Следовательно, донором электронов в кислородном фотосинтезе является вода. Кислородный газ является побочным продуктом кислородного фотосинтеза. Напротив, аноксигенный фотосинтез не производит кислород в качестве побочного продукта. Донор электронов является переменным, и это может быть сероводород. Химические реакции как кислородного, так и аноксигенного фотосинтеза показаны ниже.

Кислородный фотосинтез:

6СО₂ + 12Н₂О + Энергия Света → С₆ЧАС₁₂О₆ + 6О₂ + 6H₂О

Анокислородный фотосинтез:

СО₂ + 2H₂S + Энергия Света → [СЧАС₂O] + 2S + H₂О

Организмы, которые выполняют фотосинтез, называются фототрофами. Фотоавтотрофы и фотогетеротрофы – это две категории фототрофов. Источником углерода для фотоавтотрофов является диоксид углерода, тогда как источником углерода для фотогетеротрофов является органический углерод. Зеленые растения, цианобактерии и водоросли являются примерами фотоавтотрофов и некоторых бактерий, таких как Rhodobactor примеры для фотогетеротрофов.

Разница между хемосинтезом и фотосинтезом

Источник энергии

Хемосинтез: Источником энергии хемосинтеза является химическая энергия, хранящаяся в неорганических химических веществах, таких как сероводород.

Фотосинтез: Источником энергии фотосинтеза является солнечный свет.

Преобразование энергии

Хемосинтез:Химическая энергия, хранящаяся в неорганических соединениях, сохраняется в органических соединениях во время хемосинтеза.

Фотосинтез: Энергия света преобразуется в химическую энергию во время фотосинтеза.

микроорганизмы

Хемосинтез: Хемосинтетические организмы все вместе называют хемотрофами.

Фотосинтез: Фотосинтетические организмы в совокупности называются фототрофами.

Вовлеченные пигменты

Хемосинтез: Никакие пигменты не участвуют в хемосинтезе.

Фотосинтез: Хлорофилл, каротиноиды и фикобилины являются пигментами, участвующими в фотосинтезе.

Пластиды вовлечены

Хемосинтез: Пластиды не участвуют в хемосинтезе.

Фотосинтез: Хлоропласты – это пластиды, найденные в растениях; реакции фотосинтеза сосредоточены в клетке.

Кислород как побочный продукт

Хемосинтез: Газообразный кислород не выделяется как побочный продукт.

Фотосинтез: Кислород выделяется в качестве побочного продукта во время фотосинтеза.

Вклад в общую биосферную энергию

Хемосинтез: Хемосинтез имеет меньший вклад в общую энергию биосферы.

Фотосинтез: Фотосинтез имеет более высокий вклад в общую энергию биосферы.

категории

Хемосинтез: Хемоорганотрофы и хемолитотрофы – это две категории хемотрофов.

Фотосинтез: Фотоавтотрофы и фотогетеротрофы – это две категории фототрофов.

Присутствие

Хемосинтез:Хемосинтез встречается у бактерий, таких как Acidithiobacillus ferrooxidans, Nitrosomonas, Nitrobacter, сероокисляющие протеобактерии, aquificaeles и археи, подобные метаногенным археям.

Фотосинтез: Фотосинтез обнаружен у зеленых растений, цианобактерий, водорослей и Rhodobactor как бактерии.

Заключение

Хемосинтез и фотосинтез являются двумя типами первичной продукции, обнаруживаемой среди организмов. Хемосинтез и фотосинтез питают все формы жизни на земле. Как большинство хемосинтетических, так и фотосинтетических организмов используют углекислый газ и воду для производства органических соединений в качестве пищи. Хемосинтез использует химическую энергию, хранящуюся в неорганических соединениях, чтобы производить простые сахара, такие как глюкоза. Это основной источник энергии для большинства животных, обнаруженных в гидротермальных жерлах в глубоком море, куда не может попасть солнечный свет. В отличие от фотосинтеза использует энергию света солнца для производства глюкозы. Хемосинтез в основном обнаруживается у бактерий, которые могут либо жить независимо от морского дна, либо симбионтов, живущих внутри животных, таких как трубчатые черви, заменяя их кишки. Наземные растения являются основными производителями большинства пищевых цепочек на земле. Однако основным отличием хемосинтеза от фотосинтеза является их источник энергии.

Ссылка:
1. Национальный исследовательский совет (США) Комитет по исследовательским возможностям в биологии. «Экология и экосистемы». Возможности в биологии. Национальная медицинская библиотека США, 01 января 1989 года. Интернет. 03 апреля 2017 г.
2. Национальный исследовательский совет (США) Совет по океанологическим исследованиям. «Достижения в биологической океанографии». 50 лет открытия океана: Национальный научный фонд 1950-2000. Национальная медицинская библиотека США, 1 января 1970 г. Веб. 03 апреля 2017 г.
3. Купер, Джеффри М. «Фотосинтез». Клетка: молекулярный подход. 2-е издание. Национальная медицинская библиотека США, 1 января 1970 г. Веб. 03 апреля 2017 г.

Источники:

http://thedifference.ru/chem-otlichaetsya-fotosintez-ot-xemosinteza/
http://www.poznavayka.org/biologiya/hemosintez-unikalnyiy-protsess-pitaniya-bakteriy/
http://ru.strephonsays.com/difference-between-chemosynthesis-and-photosynthesis