• Різноманітність автотрофних організмів. Ви вже знаєте, що автотрофні організми для синтезу органічних сполук з неорганічних здатні використовувати різні джерела енергії.

• Хемосинтез - це тип автотрофного живлення, за якого органічні сполуки синтезуються з неорганічних з використанням енергії, що вивільняється внаслідок певних хімічних реакцій. До хемосинтезуючих організмів, або хемотрофів (від грец. хемейя - хімія та трофе - живлення), належать деякі групи бактерій: нітрифікуючі, залізобактерії, безбарвні сіркобактерії та інші. Процес хемосинтезу відкрив 1887 року видатний російський мікробіолог С.М. Виноградський.

Нітрифікуючі бактерії окиснюють аміак спочатку до нітритів (солі нітритної кислоти), а згодом - до нітратів (солі нітратної кислоти). Значення цих процесів важко переоцінити, оскільки нітрати потрібні рослинам для повноцінного живлення. Залізобактерії отримують енергію за рахунок окиснення сполук двовалентного Феруму до тривалентного. А безбарвні сіркобактерії окиснюють сірководень та інші сполуки Сульфуру до сульфатної кислоти.

Яка роль хемотрофних організмів у природі? Насамперед, вони беруть участь у процесах колообігу певних хімічних елементів в екосистемах. Нагадаємо, колообігом речовин називають закономірне переміщення (міграцію) певних сполук між живою та неживою частинами екосистем та біосфери в цілому. Перетворення багатьох хімічних елементів у біосфері відбуваються лише за участі хемотрофних організмів, які здатні синтезувати органічні сполуки з неорганічних у тих частинах біосфери, куди не досягає світло. Зокрема, залізобактерії беруть участь у створенні покладів залізних руд.

• Фотосинтез - це процес утворення органічних сполук з неорганічних завдяки перетворенню світлової енергії в енергію хімічних зв’язків синтезованих вуглеводів. Більшість автотрофних істот належить до фотосинтезуючих організмів, або фототрофів (від грец. фотос - світло). Ви пам’ятаєте, що в клітинах рослин фотосинтез відбувається в хлоропластах, які містять фотосинтезуючі пігменти - хлорофіли. За своєю структурою вони нагадують гем гемоглобіну, але в них замість Феруму в центрі молекули розміщений атом іншого двовалентного металу - Магнію. До фототрофів належать зелені, пурпурові бактерії, ціанобактерії та рослини.

Фотосинтез ґрунтується на послідовності біохімічних реакцій, пов’язаних з утворенням вуглеводів з неорганічних сполук і виділенням в атмосферу молекулярного кисню (за винятком фотосинтезуючих бактерій).

У процесі фотосинтезу в зелених рослинах і ціанобактеріях беруть участь дві фотосистеми - перша (І) і друга (II) (мал. 28.1). Фотосистемою називають структурну одиницю, що складається з пігментів та інших молекул, які беруть участь у процесах фотосинтезу і містяться у тилакоїдах хлоропластів. Кожна із фотосистем має свій функціональний активний комплекс - реакційний центр, що складається з молекул хлорофілу. У реакційному центрі енергія світла використовується для здійснення подальших біохімічних процесів світлової фази фотосинтезу.

Обидві фотосистеми розділені просторово, але пов’язані між собою механізмами перенесення електронів (мал. 28.1). У процес фотосинтезу вони включаються послідовно.

Фотосинтез відбувається у дві фази - світлову і темнову. Світлову фазу названо так тому, що її реакції перебігають лише на світлі в мембранах тилакоїдів (див. мал. 28.1).

Мал. 28.1. Структури, які забезпечують фотосинтез: І - фотосинтезуюча рослина; II - зріз через листкову пластинку; зверніть увагу на стовпчасті (1) та губчасті (2) клітини, в яких розташовані хлоропласти; III - внутрішня будова рослинної клітини; IV. Деталі будови хлоропласта: окремі тилакоїди (4) та грани (3);V - процес перенесення електронів під час фотосинтезу

Фотосинтез починається з того, що світлову енергію поглинають світлозбиральні пігменти фотосистеми І. Далі вона передається в реакційний центр, де спричиняє збудження молекули хлорофілу. Електрон, якому надана додаткова енергія, електрон-транспортним ланцюгом (утвореним транспортними білками) транспортується на зовнішню поверхню мембрани тилакоїда. Згаданий процес можна порівняти з тим, що коли людина піднімає камінь догори, вона надає йому певної потенційної енергії. А коли цей камінь падає додолу, він віддає цю енергію (мал. 28.2).

У фотосистемі І «збуджений» електрон може взаємодіяти з протонами Гідрогену особливої органічної сполуки зі скороченою назвою НАДФ2+, відновлюючи її до НАДФ • Н. Ця сполука бере участь у реакціях темнової фази фотосинтезу. В іншому випадку «збуджений» електрон, повертаючись на свій попередній енергетичний рівень, може відновлювати фотосистему І, заповнюючи «електронну вакансію», яка там утворилася.

Мал. 28.2.1. Схема, що ілюструє перетворення потенційної енергії в кінетичну. Коли людина піднімає кулю на гору, вона надає їй потенційної енергії. Коли куля котиться з гори, вона віддає цю енергію. Ця енергія розсіюється. 2. Те саме відбувається з електроном: коли він переходить на вищий енергетичний рівень, то отримує потенційну енергію. Коли ж за допомогою ланцюга перенесення електронів він повертається на нижчий рівень, то віддає цю енергію. Частина енергії розсіюється у вигляді тепла, однак вона переважно запасається у вигляді макроергічних зв’язків молекул АТФ

Повна назва НАДФ - нікотинамідаденіндинуклеотидфосфат. Ця сполука - частина багатьох складних ферментів, що забезпечують окисно-відновні реакції клітинного метаболізму.