 |
Гетеротрофная фиксация СО2
|
|
|
|
1. Карбоксилирование органических веществ. Гетеротрофная фиксация СО2 (путь Вуда-Веркмана) является карбоксилированием органических веществ, например превращание пирувата в С4-кислоту. Карбоксилирование удлиняет углеродный скелет. Гетеротрофная фиксация довольно широко распространена, она происходит и на простых питательных средах, чем проще состав среды, тем активнее происходит фиксация.
2. Биосинтез липидов. Гетеротрофная фиксация СО2 используется в процессах биосинтеза жиров. Жирные кислоты с длинной цепью синтезируются путем конденсации и восстановления ацетатных групп. Метилогруппа ацетикофермента А сначала карбоксилируется в биотин-зависимой реакции с образованием малонил-СоА. В последующих реакциях конденсации карбоксильная группа снова отщепляется в виде СО2. Синтез жирных кислот происходит при участии мультиферментного комплекса.
3. Карбоксидобактерии. Окись углерода образуется в природе в аэробных и в анаэробных условиях. Аэробные бактерии Pseudomonas carboxidovorans способны расти, используя СО, как единственный донор электронов и единственный источник углерода. Углерод ассимилируется путем фиксации СО2 в рибулезофосфатном цикле. Карбоксидобактерии обладают мембрансвязывающей гидрогеназой и часто могут вести себя как водородные бактерии.
Дыхание является диссимиляционным процессом, при котором происходит расщепление органических веществ, при этом заключенная в них энергия аккумулируется в АТФ.
При дыхании органические вещества с участием внешнего О2, который является акцептором электронов, превращаются в бедные энергией неорганические продукты – СО2 и Н20; этот процесс сопровождается большим выходом энергии:
|
|
|
С 6Н12О 6 + 6О2= 6СО2 + 6Н2О + 2870 кДЖ
Брожение – это бескислородный распад органических веществ. Конечными продуктами брожения являются органические вещества, заключающие в себе большое количество энергии. Поэтому брожение, например спиртовое, характеризуется меньшим по сравнению с дыханием выходом энергии:
С6Н12О6 = 2С2Н5ОН + 2О2 + 105 кДЖ
Дыхание является одним из центральных процессов метаболизма растений. Оно универсально, то есть характерно для всех живых клеток, за исключением некоторых бактерий, живущих в бескислородной среде за счет энергии брожения. Дыхание - непременное условие жизни. Особенности процесса дыхания:
1.Промежуточные продукты, образующиеся при дыхании (органические кислоты), включаются в процессы синтеза. Дыхание является поставщиком метаболитов для многих процессов.
2.Одним из конечных продуктов дыхания является вода, которая в условиях засухи может предохранить растение от полного обезвоживания и гибели.
3.Неиспользуемая в метаболизме энергия дыхания может повышать температуру растения при его переохлаждении.
Аэробное дыхание — реакции распада глюкозы в присутствии кислорода.[...]
К аэробным микроорганизмам относятся многие виды бактерий, грибы, водоросли, большинство простейших. Аэробные сап-рофиты играют основную роль в процессах биохимической очистки сточных вод и самоочищении водоема.[...]
Большой цикл углерода.
Рис. 1.5. Малый и большой глобальные циклы органического углерода на Земле
Малый глобальный цикл продолжительностью от нескольких суток до нескольких тысяч лет происходит в биосфере. Этот цикл еще называют биотическим круговоротом вещества, потому что он происходит при участии живых организмов: растений, животных, микроорганизмов.
Этот цикл является поставщиком углерода для большого глобального цикла продолжительностью многие миллионы лет. Неотъемлемым элементом этого цикла является нефте- и газообразование. При условии длительного и устойчивого погружения осадочных пород углеводороды являются продуктом промежуточной стадии глобального углеродного цикла.
|
|
|
Нефтегазообразование - это сложная совокупность протекающих в недрах процессов, ход которых в природе не может быть наблюдаемым. Видны лишь фиксированные результаты этих процессов, запечатленные в некотором пространстве осадочных пород.
Из всех земных процессов лишь единственный не расходует, а накапливает солнечную энергию. Это фотосинтез, создающий органическое вещество. В запасании и связывании солнечной энергии и заключается основная планетарная функция живого вещества. Важнейшей особенностью биосферы является существование потоков энергии и вещества.
В экосистемах перенос вещества и энергии осуществляется посредством трофических (пищевых) цепей, за счет чего все химические элементы, из которых построены организмы, многократно используются в биосфере. Сущность биотического круговорота заключается в образовании живого вещества из неорганических соединений в процессе фотосинтеза и превращении ОВ при разложении вновь в неорганические соединения. Этот круговорот для жизни биосферы является главным, и сам он является порождением жизни.
Процессы, отражающие движение углерода и трансформацию его состояний происходят по следующей замкнутой цепочке: 
фотосинтез 
углеводы и органическое вещество (ОВ) в биосфере ОВ в осадочных породах микронефть залежь углеводородов (УВ) добыча и переработка (УВ) сжигание УВ 
. Для человека-потребителя главными в этом цикле являются последние четыре звена.
Поглощение углерода биотой суши и океана в процессе фотосинтеза примерно уравновешивается процессами дыхания биоты и разложения растений, а также поступлением углерода за счет вулканической деятельности. Поэтому в отсутствии антропогенных поступлений 
в атмосферу углеродный цикл на планете находился бы в равновесии.
Хозяйственная деятельность человека интенсифицирует биотический круговорот углерода, существенно нарушает углеродный цикл. Ископаемое топливо представляет собой результат трансформации доисторических остатков растений и живых организмов. Ископаемое топливо - это законсервированный углерод, "ушедший в геологию". Человек, включая нефть, газ и уголь в производственный цикл, нарушает эту консервацию. В разведанных запасах нефти и угля содержится 
т углерода. Сжигание этих запасов может в три раза по сравнению с настоящим увеличить содержание углерода в атмосфере. Насколько при этом возрастет температура на Земле, сказать трудно.
|
|
|
Вмешательство человека в круговорот углерода резко возрастает, особенно начиная с 1950-х годов, в результате быстрого роста населения и использования ресурсов, и происходит оно в основном двумя способами:
· сведение лесов и другой растительности без достаточных лесовосстановительных работ, в связи с чем, уменьшается общее количество растительности, способной поглощать углекислый газ.
· сжигание углеродсодержащих ископаемых видов топлива и древесины. Образующийся при этом углекислый газ попадает в атмосферу, постепенное возрастание содержания которого, вызывает так называемый «парниковый эффект».
Малый цикл Азота.
Азот -- один из наиболее распространенных элементов на Земле. Азот поступает на земную поверхность вместе с другими газами при извержениях, при процессах ионизации атмосферы. Главный поставщик связанного азота в природе — бактерии: благодаря им связывается приблизительно от 90 до 140 миллионов тонн азота (точных цифр, к сожалению, нет). Самые известные бактерии, связывающие азот, находятся в клубеньках бобовых растений. Он входит в состав живого вещества и является основой растительной и в конечном итоге животной массы. Большая часть азота растений представлена белковыми веществами. Азот является составной частью таких жизненно важных веществ, как нуклеиновые кислоты, хлорофилл, некоторых ростовых веществ (гетероауксин) и витаминов группы В. Количество азота, вовлекаемого в продукцию живого вещества, в естественных условиях уравновешивается тем количеством, которое возвращается в почву при его отмирании и разложении
|
|
|
