Войти
Группы первичного питания - это группы организмов, разделенные в зависимости от режима питания в соответствии с источниками энергии и углерод, необходимый для жизни, роста и воспроизводства. Источниками энергии могут быть свет или химические соединения; источники углерода могут быть органического или неорганического происхождения.
Термины аэробное дыхание, анаэробное дыхание и ферментация (субстрат -уровень фосфорилирования ) не относятся к первичным группам питания, а просто отражают различное использование возможных акцепторов электронов в конкретных организмах, таких как O 2 при аэробном дыхании или нитрат (NO 3), сульфат (SO 4) или фумарат при анаэробном дыхании или различные промежуточные продукты метаболизма при ферментации.
Упрощенная блок-схема для определения того, является ли организм автотрофом, гетеротрофом или подтип. Фототрофы поглощают свет в фоторецепторах и преобразуют его в химическую энергию.. Хемотрофы выделяют энергию связи из химические соединения.
Высвободившаяся энергия сохраняется в виде потенциальной энергии в АТФ, углеводах или белках. В конце концов, энергия используется для таких жизненных процессов, как движение, рост и размножение.
Растения и некоторые бактерии могут чередовать фототрофию и хемотрофию, в зависимости от наличия света.
Органотрофы используют органические соединения в качестве доноров электронов / водорода.. Литотрофы используют неорганические соединения в качестве доноров электронов / водорода.
электроны или атомы водорода из восстанавливающих эквивалентов (доноры электронов) необходимы как фототрофам, так и хемотрофам в реакциях восстановления-окисления, которые переносят энергия в анаболических процессах синтеза АТФ (у гетеротрофов) или биосинтеза (у автотрофов). Доноры электронов или водорода извлекаются из окружающей среды.
Органотрофные организмы часто также гетеротрофны, они используют органические соединения как источники электронов и углерода. Точно так же литотрофные организмы часто также являются автотрофными, используя неорганические источники электронов и CO 2 в качестве источника неорганического углерода.
Некоторые литотрофные бактерии могут использовать различные источники электронов, в зависимости от наличия возможных доноров.
Органические или неорганические вещества (например, кислород), используемые в качестве акцепторов электронов, необходимые в катаболических процессах аэробного или анаэробного дыхания и ферментации, здесь не учитываются..
Например, растения являются литотрофами, потому что они используют воду в качестве донора электронов для биосинтеза. Животные являются органотрофами, потому что они используют органические соединения в качестве доноров электронов для синтеза АТФ (растения тоже это делают, но это не принимается во внимание). Оба используют кислород при дыхании в качестве акцептора электронов и основного источника энергии, но этот признак не используется для определения их как литотрофов.
Гетеротрофы метаболизируют органические соединения для получения углерода для роста и развития.. Автотрофы используют диоксид углерода (CO 2) в качестве источника углерода.
Желтый гриб | Источник энергии | Свет | фото- | -троф | ||
| Молекулы | хемо- | ||||
| донор электронов | Органические соединения | органо- | |||
| Неорганические соединения | лито- | ||||
| Источник углерода | Органические соединения | гетеро - | |||
| Двуокись углерода | авто- | ||||
Хемоорганогетеротрофный организм - это организм, которому требуются органические субстраты для получения его углерода для роста и развития, и который получает свою энергию от разложения, часто окисления, органического соединения. Эта группа организмов может быть далее подразделена в зависимости от того, какой органический субстрат и какое соединение они используют. Разлагатели представляют собой примеры хемоорганогетеротрофов, которые получают углерод и электроны или водород из мертвого органического вещества. Травоядные и плотоядные являются примерами организмов, которые получают углерод и электроны или водород из живого органического вещества.
Хемоорганотрофы - это организмы, которые используют химические связи в органических соединениях или O 2 в качестве источника энергии и получают электроны или водород из органических соединения, включая сахара (т.е. глюкозу ), жиры и белки. Хемогетеротрофы также получают из этих органических соединений атомы углерода, которые им необходимы для функционирования клеток.
Все животные являются хемогетеротрофами (то есть они окисляют химические соединения в качестве источника энергии и углерода), а также грибы, простейшие и некоторые бактерии. Важное различие между этой группой состоит в том, что хемоорганотрофы окисляют только органические соединения, тогда как хемолитотрофы вместо этого используют окисление неорганических соединений в качестве источника энергии.
В следующей таблице приведены некоторые примеры для каждой пищевой группы:
| Энергия. источник | Электрон /. атом водорода. донор | Источник углерода | Имя | Примеры |
|---|---|---|---|---|
| Солнечный свет. Фото- | Органический. -органо- | Органический. - гетеротроф | Фотоорганогетеротроф | Некоторые бактерии: Rhodobacter, Heliobacterium, некоторые зеленые несернистые бактерии |
| Двуокись углерода. -автотроф | Фотоорганоавтотроф | |||
| Неорганический. -лито- * | Органический. -гетеротроф | Фотолитогетеротроф | Пурпурные несернистые бактерии | |
| Двуокись углерода. -автотроф | Фотолитоавтотроф | Некоторые бактерии (цианобактерии ), некоторые эукариоты (эукариотические водоросли, наземные растения ). Фотосинтез. | ||
| Разрушение. Химическое. Соединения. Химио- | Органические. -органо- | Органические. -гетеротрофные | Хемоорганогетеротрофы | Хищные, паразитические и сапрофитные прокариоты. Некоторые эукариоты (гетеротрофные протисты, грибы, животные ) |
| Углекислый газ. -автотроф | Хемоорганоавтотроф | Некоторые археи ( анаэробные метанотрофные археи ). хемосинтез, синтетически автотрофные бактерии Escherichia coli и дрожжи Pichia pastoris. | ||
| неорганические. -лито - * | Органический. -гетеротроф | Хемолитогетеротроф | Некоторые бактерии (Oceanithermus profundus) | |
| Двуокись углерода. -автотроф | Хемолитоавтотроф | Некоторые бактерии (Nitrobacter ), некоторые археи (Methanobacteria ). Хемосинтез. |
Некоторые, обычно одноклеточные, организмы могут переключаться между различными метаболическими режимами, например, между фотоавтотрофией, фотогетеротрофией и хемогетеротрофией у Chroococcales. Такие миксотрофные организмы могут доминировать в своей среде обитания из-за их способности использовать больше ресурсов, чем n фотоавтотрофных или органогетеротрофных организмов.
В природе могут существовать всевозможные комбинации, но некоторые из них встречаются чаще, чем другие. Например, большинство растений являются фотолитоавтотрофными, поскольку они используют свет в качестве источника энергии, воду в качестве донора электронов и CO 2 в качестве источника углерода. Все животные и грибы хемоорганогетеротрофы, поскольку они используют химические источники энергии (органические вещества и O 2) и органические молекулы в качестве доноров электронов / водорода и источников углерода. Однако некоторые эукариотические микроорганизмы не ограничиваются только одним режимом питания. Например, некоторые водоросли живут фотоавтотрофно на свету, но переходят к хемоорганогетеротрофии в темноте. Даже высшие растения сохранили способность гетеротрофно дышать ночью на крахмале, который синтезировался фототрофно в течение дня.
Прокариоты демонстрируют большое разнообразие категорий питания. Например, цианобактерии и многие пурпурные серные бактерии могут быть фотолитоавтотрофными, используя свет для получения энергии, H 2 O или сульфид в качестве доноров электронов / водорода и CO 2 в качестве источника углерода, тогда как зеленые несернистые бактерии могут быть фотоорганогетеротрофными, используя органические молекулы в качестве доноров электронов / водорода и источников углерода. Многие бактерии являются хемоорганогетеротрофными и используют органические молекулы в качестве источников энергии, электронов / водорода и углерода. Некоторые бактерии ограничены только одной пищевой группой, тогда как другие являются факультативными и переключаются с одного режима на другой в зависимости от доступных источников питательных веществ. Окисляющие серу, железо и анаммокс бактерии, а также метаногены являются хемолитоавтотрофами, использующими неорганические источники энергии, электронов и углерода. Хемолитогетеротрофы встречаются редко, поскольку гетеротрофия подразумевает наличие органических субстратов, которые также могут служить легкими источниками электронов, делая литотрофию ненужной. Фотоорганоавтотрофы встречаются нечасто, поскольку их органический источник электронов / водорода может обеспечить легкий источник углерода, что приводит к гетеротрофии.
Усилия в области синтетической биологии позволили трансформировать трофический режим двух модельных микроорганизмов из гетеротрофии в хемоорганоавтотрофию:
