Автотрофные (аутотрофные) и гетеротрофные организмы. Ассимиляция

Автотрофные организмы (растения и некоторые бактерии) синтезируют из неорганических веществ орга­нические с использованием энергии Солнца (гелиотрофы) или энергии, освобождающейся при химических реакциях (хемотрофы). Гетеротрофные организмы используют ве­щества, производимые другими видами (всеми животны­ми, паразитическими растениями, большинством бакте­рий, грибами).

Типы гетеротрофного питания:

1) сапрофитное - питание органическими веществами, образующимися при разложении тел организмов;

2) паразитное - питание органическими веществами, вырабатываемыми живыми организмами.

В природе встречается смешанный тип питания, ха­рактерный для некоторых бактерий, водорослей и про­стейших.

Ассимиляция - превращение чужеродных веществ в компоненты собственного организма. Автотрофная ассимиляция зеленых растений, синезеленых водорослей и некоторых бактерий (синтез органических веществ из неорганических) имеет огромное значение для всех живых существ (так называемая первичная продукция). Гетеро­трофная ассимиляция остальных организмов - более про­стой процесс превращения органических веществ. Она сводится в основном к процессам перестройки молекул. Необходимую для этого энергию доставляют процессы диссимиляции. При высокой способности к перестройке веществ организму достаточно одного-единственного органического вещества, чтобы синтезировать все необ­ходимые соединения. Обмен веществ у гетеротрофных клеток в основном катаболический (расщепительный), так как ассимиляция у них включает и ката-, и анаболические (синтетические) реакции, а диссимиляция - только катаболические. В автотрофных клетках в связи с питанием неорганическими веществами преобладают анаболические реакции. Так как органические вещества представляют собой соединения углерода, то решающее значение имеет ассимиляция углерода. Это процесс восстановления СО2 до менее окисленных продуктов (углеводов). У зеленых растений и синезеленых водорослей источником необхо­димых для восстановления электронов служит вода, ко­торая при отнятии электронов окисляется. Автотрофные бактерии неспособны к окислению воды, им нужны другие доноры электронов. Большую потребность в энергии удов­летворяют фотосинтез или окисление поглощаемых ве­ществ (хемосинтез).

Фотосинтез

Фотосинтез - преобразование энергии света в химическую энергию. Происходит в пластидах. Химичес­кая энергия накапливается в форме АТФ (аденозйнтри-фосфат). Для облигатных (живут только в отсутствии О₂) автотрофов (зеленых бактерий, пурпурных серобактерий, многих синезеленых водорослей) фотосинтез - един­ственный источник энергии: у них нет процессов дисси­миляции, поставляющих АТФ. В зеленых клетках высших растений тоже переходят в цитоплазму большие количе­ства АТФ [Н₂]. Значительная часть последнего (в форме НАД Н+Н+) попадает в митохондрии и там окисляется в цепи дыхания для дополнительного синтеза АТФ. У выс­ших растений большая часть АТФ и [Н₂] используется для синтеза углеводов из СО₂. Таким образом, фотосинтез состоит из преобразования энергии (световой процесс) в тилакоидах хлоропластов и ассимиляции углерода (темновой процесс) в строме хлоропластов. Восстановитель [Н2] образуется при расщеплении воды за счет энергии света (фотолиз), при котором выделяется О2. АТФ синте­зируется при прохождении электронов по цепи транспорта электронов. Переносчик водорода - НАДФ (никотин-амидадениндинуклеотидфосфат), который по сравнению с НАД содержит на один фосфатный остаток больше. НАД Н + Н+ и АТФ направляются в темновой процесс, где водород и энергия используются для синтеза углеводов из СО2, а затем НАДФ+ и АДФ снова используются в све­товом процессе. Другие органические вещества (не угле­воды), например жирные кислоты или аминокислоты, могут быть побочными продуктами фотосинтеза или же вторично образуются из углеводов. На каждые 6 молей поглощенного СО₂ выделяется 6 молей О₂.

Коэффициент ассимиляции AQ - отношение О₂: СО₂ - при биосинтезе углеводов равен 1. Для восстановления одной молекулы СО₂ необходимо около 9 квантов света, так что на 1 моль СО₂ должно приходиться 9 молей квантов. Так как 1 моль квантов красного света содержит 172 кДж, затрата энергии равна около 9172 кДж на 1 моль СО₂, т. е. 6 х 9172 кДж = 9288 кДж на 1 моль С₆Н₁₂О₆.