Процессы трансформации углеродосодержащих веществ

Углерод – основной строительный элемент, входящий в состав всех органических соединений. Процессы трансформации углеродосодержащих веществ объединяют в единый цикл все живые организмы планеты. В цикле трансформации углеродсодержащих веществ можно выделить два основных звена. Первым звеном является фиксация углекислого газа атмосферы и восстановление его до органических соединений в процессах хемосинтеза и фотосинтеза. Главенствующая роль в образовании органических соединений в процессе фотосинтеза принадлежит растениям, хотя сине-зеленые водоросли и фотосинтезирующие бактерии тоже вносят свой вклад в образование органических веществ.

Образовавшиеся органические вещества подвергаются сложнейшей переработке в организмах животных, растений и прокариот, после отмирания которых органический опад поступает в почву.

Второе, заключительное звено цикла углерода представлено разнообразными процессами минерализации органических соединений, осуществляемыми различными физиологическими группами микроорганизмов. В результате этих процессов происходит возврат углекислого газа в атмосферу, что и определяет содержание этого газа в ней на одном, хотя и минимальном уровне (0,33%).

Параллельно процессам трансформации углеродсодержащих веществ осуществляется и цикл трансформации кислорода. Так, процесс фотосинтеза растений и некоторых бактерий всегда сопровождается выделением кислорода в атмосферу, а процессы аэробной минерализации органических веществ, наоборот, протекают с поглощением кислорода из атмосферы и включением его в состав различных соединений.

Средняя годовая продукция органического вещества на планете составляет 33 х 10¹¹ кг. Основная масса этого вещества представлена различными органическими соединениями растительного происхождения. Это растворимые в воде вещества (сахара, органические кислоты, спирты), слаборастворимые (гемицеллюлоза), нерастворимые (крахмал, пектин, целлюлоза, воска, жиры, смолы, углеводороды) и особо трудноразлагаемое вещество – лигнин. По массе из вышеперечисленных веществ в растениях преобладают целлюлоза, гемицеллюлоза и лигнин.

Различный химический состав растительного опада и соответственно стойкость его к действию ферментов микробной клетки обуславливают постепенное разложение отдельных компонентов. Наиболее легко и быстро из веществ растительного опада разлагаются растворимые в воде соединения и прежде всего моно- и дисахариды. В аэробных условиях они окисляются в процессе дыхания микроорганизмов до углекислого газа и воды, а в анаэробных условиях сбраживаются с образованием органических кислот, спиртов и газов.

Трансформация углеводородов. Процессы трансформации азотсодержащих веществ: аммонификация, нитрификация, денитрификация.

Трансформация углеводородов.

В углеводородах биогенного и абиогенного происхождения концентрируется значительная часть углерода, а поэтому процессы трансформации углеводородов имеют принципиальное значение в круговороте этого важнейшего элемента. Несмотря на высокую химическую устойчивость углеводородов, все они, даже такие сложные, как нефть, каучук, парафин и др., могут быть использованы и трансформированы в процессах метаболизма определенными группами микроорганизмов.

Углеводороды представлены соединениями различной химической природы. Наибольшей устойчивостью обладают ароматические углеводороды –моноциклические (бензол, толуол, ксилол) и полициклические (нафталин, фенантрен, антрацен). Разложение их протекает в аэробных условиях, так как для разрыва ароматического кольца необходим кислород.

Процессы трансформации азотсодержащих веществ: аммонификация, нитрификация, денитрификация.

Важнейшим минеральным элементом является азот. Ведущая роль в процессах трансформации азотсодержащих соединений принадлежит микроорганизмам. Цикл трансформации азотсодержащих веществ осуществляется рядом взаимосвязанных процессов.

Аммонификация – процесс минерализации органических азотсодержащих веществ, сопровождающийся выделением аммиака. Ведут его различные группы микроорганизмов. В процессе жизнедеятельности микроорганизмов часть наиболее сложных органических азотсодержащих веществ запасается в почве в виде гумуса. Аммонификация является принципиально важным процессом в цикле трансформации азота, в результате которого наша планета очищается от продуктов растительного, животного и микробного происхождения.

Нитрификация – процесс окисления аммиака до нитритов и нитратов. Осуществляют этот процесс нитрифицирующие бактерии в строго аэробных условиях.

Денитрификация – процесс восстановления нитритов и нитратов денитрифицирующими бактериями до свободного азота. Этот процесс вреден для сельского хозяйства, так как приводит к частичному выносу (приблизительно 20%) азота из почвы.