Способи отримання енергії в різних груп автотрофних організмів

ОПРАЦЮЙТЕ ТЕОРІЮ

Автотрофне живлення — це надходження в організм неорганічних речовин, необхідних для синтезу власних органічних сполук.

Залежно від джерел енергії, що використовуються при цьому, розрізняють:

• фотоавтотрофне живлення — властиве організмам, які здійснюють фотосинтез, використовуючи енергію сонячного світла, вуглекислий газ і воду перетворюють їх на органічний матеріал і використовують у клітинних функціях. Цей тип живлення властивий ціанобактеріям і зеленим рослинам, у клітинах яких є зелені пігменти, які вбирають зовнішню світлову енергію;

• хемоавтотрофне живлення — властиве організмам, які отримують енергію за рахунок хімічних реакцій. Цей тип живлення мають деякі групи бактерій (сіркобактерії, залізобактерії, нітрифікувальні бактерії), які використовують внутрішню хімічну енергію неорганічних сполук.

У зелених рослин надходження неорганічних речовин забезпечують регульовані процеси повітряного і мінерального живлення.

Повітряне живлення — це процес поглинання та засвоєння з повітря вуглекислого газу, яким є вихідним продуктом для фотосинтезу. Надходження CO2 відбувається крізь продихи листка, тому саме цей вегетативний орган є органом повітряного живлення.

Мінеральне живлення — це процес поглинання та засвоєння з ґрунту води та хімічних елементів, необхідних для життєдіяльності. Органом мінерального живлення в рослин є корінь.

Звичайним явищем для зелених рослин є поєднання автотрофного живлення з гетеротрофним і використання готових органічних речовин із зовнішнього середовища або із резервів у клітинах. В усіх рослин є період, коли організм використовує для життя раніше синтезовані та відкладені про запас органічні речовини. У темновий період живлення рослин також є гетеротрофним.

За особливостями живлення серед рослин виокремлюють такі групи:

• рослини-сапрофіти — організми, які отримують необхідні для життєдіяльності речовини, руйнуючи залишки мертвих рослин і тварин чи відмерлі частини рослин і тварин, абсорбуючи розчинні органічні сполуки (ялинник звичайний, гніздівка звичайна);

• рослини-напівпаразити — можуть отримувати від донора лише воду, мінеральні речовини і частину органічних речовин (омела-біла, дзвінець, перестріч, очанка);

• рослини-паразити — отримують поживні речовини безпосередньо з тканин інших рослин (вовчок, петрів хрест, повитиця);

• рослини-хижаки — характерна часткова або переважна, проте не цілковита гетеротрофія (венерина мухоловка, росичка круглолиста, жирянка, пухирник, непентес).

Зелені рослини із середовища отримують енергію Сонця. Утворення глюкози залежить передусім від якості та кількості світлової енергії, яка поглинається хлорофілом і каротиноїдами листків. Найбільше значення для рослин мають сині, фіолетові та червоні промені видимого спектра. На початкових стадіях вегетації для рости і розвитку рослин важливими є сині промені, а у дорослому віці більш необхідними стають червоні промені.

Особливостями живлення зелених рослин є повітряне і мінеральне живлення, використання готових органічних речовин і світлової енергії.

Визначальними процесами автотрофного метаболізму є анаболітичні реакції.

Це різні види фотосинтезу архей, фотобактерій та еукаріотичних рослин і хемосинтез залізо-, сірко- та нітрифікуючих бактерій.

У деяких солелюбних (галофільних) архей спостерігається безхлорофільний фотосинтез, який здійснюється за участі бактеріородопсину.

Принциповою відмінністю між кисневим фотосинтезом зелених рослин і ціанобактерій та бактеріальним фотосинтезом зелених і пурпурних сіркобактерій є те, що останній відбувається за участі бактеріохлорофілів у анаеробних умовах, кисень не виділяється, а джерелом Гідрогену є гідроген сульфід (сірководень). Кисневий фотосинтез відбувається з виділенням кисню за участі хлорофілів й каротиноїдів у зелених рослин та хлорофілів і фікобілінів у ціанобактерій. Джерелом Гідрогену та молекулярного кисню для цього фотосинтезу є вода.

Ще однією особливістю автотрофів є їхня здатність перетворювати продукти фотосинтезу на амінокислоти, жирні кислоти, нуклеотиди, з яких далі утворюються складні біомолекули. Такий автотрофний анаболізм, що пов'язаний з фото- та хемосинтезом, називається первинним синтезом органічних речовин. Тут виявляється ще одна особливість, яка пов'язана з використання мінерального Нітрогену у вигляді амоніаку і нітратів (безпосередньо їхніх йонів NH+4, NO−3). Зелені рослини можуть завдяки цьому синтезувати усі необхідні їм амінокислоти у процесах амінування та переамінування.

Біосинтез білка в автотрофів відбувається так само, як і у тварин: на рибосомах за участі іРНК та тРНК. Проте у рослин існує додатковий шлях синтезу білка за допомогою ферментів-транспептидаз. Він полягає в тому, що ферменти переносять пептиди від однієї білкової молекули до іншої. При цьому відбувається рекомбінація ділянок різних білкових молекул із заданою амінокислотною послідовністю. В результаті нові білки утворюються без великих витрат енергії та речовин.

Для катаболізму автотрофів також характерні особливості, пов'язані з хемо- і фотосинтезом. Автотрофні організми в реакціях катаболізму розщеплюють синтезовані ними ж органічні речовини (найчастіше глюкозу або крохмаль). Окрім того, АТФ синтезується не лише в процесі дихання після окиснення глюкози, а й під час світлової фази фотосинтезу завдяки фотофосфорилюванню.

Метаболізм автотрофних організмів має особливості, що визначаються їхньою здатністю до первинного синтезу органічних сполук з неорганічних речовин.

Екскреція — сукупність процесів, спрямованих на виведення невикористаних продуктів обміну речовин та енергії, а також чужорідних і шкідливих для клітини сполук.

Особливостями екскреції у автотрофних організмів є те, що вони — первинні продуценти і синтезують у необхідній кількості усі потрібні органічні речовини.

Наприклад, у рослин синтезується лише стільки білків, скільки необхідно на цей час. Вони ніколи не утворюють білків у надлишку і тому виділяють дуже мало нітрогеновмісних відходів — продуктів розщеплення білків.

Кінцеві продукти обміну речовин у автотрофних організмів (кисень, вуглекислий газ, вода) є вихідними сполуками для інших реакцій. Наприклад, у рослин вуглекислий газ використовується у темновій фазі фотосинтезу, а вода — у світловій.

Спеціалізованих органів екскреції у автотрофів немає, проте продукти виділення в них можуть накопичуватися та видалятися в середовище з тканинами та органами, які відмирають. Так, у зелених рослин відходи метаболізму відкладаються у відмерлих тканинах, у листках чи корі, що періодично видаляються.

Виділення води у вигляді пари відбувається під час транспірації через продихи, сочевички, тощо.

Гутація — процес видалення надлишку води через водяні продихи (гідатоди).

Вода випаровується через усі частини рослини, але найінтенсивніше це здійснюють листки.

Своєрідним способом виділення є внутрішньоклітинне виділення та ізоляція переведених у важкорозчинну форму продуктів клітині, зв'язуються з катіонами та відкладаються у вигляді кристалів у цитоплазмі (наприклад, включення з кальцій оксалату в щавлю).

Обмін речовин у автотрофних організмів — це обмін, який характеризується надходженням неорганічних речовин, які є джерелом Карбону, Гідрогену та Нітрогену, переважанням у клітинах анаболічних реакцій, первинним синтезом власних органічних сполук і використанням кінцевих продуктів обміну для реакцій.

Виділення речовин у процесі життєдіяльності є важливим компонентом обміну речовин і гомеостазу рослинного організму.

Переглянути відео

Дати відповіді на запитання:

1. Хто такі автотрофи?

2. Назвіть основні групи автотрофних організмів.

3. Що таке анаболізм й катаболізм?

За допомогою таблиці в робочому зошиті порівняйте процеси фотосинтезу в прокаріотів та еукаріотів. Сформулюйте висновок про подібність й відмінності фотосинтезу в різних фотоавтотрофних організмів.