stringtranslate.com

Первичные группы питания

Первичные пищевые группы — группы организмов , разделенные по способу питания по источникам энергии и углерода, необходимым для жизни, роста и размножения. Источниками энергии могут быть свет или химические соединения; источники углерода могут быть органического или неорганического происхождения. [1]

Термины аэробное дыхание , анаэробное дыхание и ферментация ( фосфорилирование на уровне субстрата ) не относятся к первичным группам питания, а просто отражают различное использование возможных акцепторов электронов в конкретных организмах, таких как О 2 при аэробном дыхании или нитрат ( NO−
3), сульфат ( SO2−
4) или фумарат при анаэробном дыхании, или различные промежуточные продукты метаболизма при брожении.

Первичные источники энергии

Фототрофы поглощают свет фоторецепторами и преобразуют его в химическую энергию.
Хемотрофы выделяют химическую энергию.

Освобожденная энергия сохраняется в виде потенциальной энергии в АТФ , углеводах или белках . В конце концов, энергия используется для жизненных процессов, таких как движение, рост и размножение.

Растения и некоторые бактерии могут чередовать фототрофию и хемотрофию в зависимости от наличия света.

Первичные источники восстанавливающих эквивалентов

Органотрофы используют органические соединения в качестве доноров электронов и водорода .
Литотрофы используют неорганические соединения в качестве доноров электронов/водорода.

Электроны или атомы водорода от восстанавливающих эквивалентов (доноров электронов) необходимы как фототрофам, так и хемотрофам в окислительно-восстановительных реакциях , передающих энергию в анаболических процессах синтеза АТФ (у гетеротрофов) или биосинтеза (у автотрофов). Доноры электронов или водорода поглощаются из окружающей среды.

Органотрофные организмы часто также являются гетеротрофными, используя органические соединения в качестве источников как электронов, так и углерода. Точно так же литотрофные организмы часто также являются автотрофами, используя неорганические источники электронов и CO 2 в качестве неорганического источника углерода.

Некоторые литотрофные бактерии могут использовать различные источники электронов в зависимости от наличия возможных доноров.

Здесь не учитываются органические или неорганические вещества (например, кислород), используемые в качестве акцепторов электронов, необходимых в катаболических процессах аэробного или анаэробного дыхания и ферментации .

Например, растения являются литотрофами, поскольку они используют воду в качестве донора электронов для цепи переноса электронов через тилакоидную мембрану. Животные являются органотрофами, поскольку используют органические соединения в качестве доноров электронов для синтеза АТФ (растения тоже делают это, но это не учитывается). Оба используют кислород при дыхании в качестве акцептора электронов, но этот признак не используется для определения их как литотрофов.

Первичные источники углерода

Гетеротрофы метаболизируют органические соединения с получением углерода для роста и развития.
Автотрофы используют углекислый газ (CO 2 ) в качестве источника углерода.

Энергия и углерод

Желтый гриб

Хемоорганогетеротрофный организм — это организм , которому для получения углерода для роста и развития необходимы органические субстраты , а энергию он получает за счет разложения органических соединений. Эту группу организмов можно подразделить в зависимости от того, какой органический субстрат и соединение они используют. Разрушители являются примерами хемоорганогетеротрофов, которые получают углерод и электроны или водород из мертвого органического вещества. Травоядные и плотоядные животные являются примерами организмов, которые получают углерод и электроны или водород из живого органического вещества.

Хемоорганотрофы — это организмы , которые используют химическую энергию органических соединений в качестве источника энергии и получают электроны или водород из органических соединений, включая сахара (т.е. глюкозу ), жиры и белки. [2] Хемогетеротрофы также получают атомы углерода, необходимые им для клеточной функции, из этих органических соединений.

Все животные являются хемогетеротрофами (то есть они окисляют химические соединения в качестве источника энергии и углерода), как и грибы , простейшие и некоторые бактерии . Важным отличием этой группы является то, что хемоорганотрофы окисляют только органические соединения, тогда как хемолитотрофы вместо этого используют окисление неорганических соединений в качестве источника энергии. [3]

Таблица первичного метаболизма

В следующей таблице приведены некоторые примеры для каждой пищевой группы: [4] [5] [6] [7]

*Некоторые авторы используют -гидро-, когда источником является вода.

Найдите -троф в Викисловаре, бесплатном словаре.

Общая заключительная часть - троф происходит от древнегреческого τροφή трофḗ «питание».

Миксотрофы

Некоторые, обычно одноклеточные, организмы могут переключаться между различными режимами метаболизма, например между фотоавтотрофией, фотогетеротрофией и хемогетеротрофией у Chroococcales . [13] Rhodopseudomonas palustris – еще один пример – может расти с кислородом или без него , используя для получения энергии свет, неорганические или органические соединения. [14] Такие миксотрофные организмы могут доминировать в своей среде обитания из-за их способности использовать больше ресурсов, чем фотоавтотрофные или органогетеротрофные организмы. [15]

Примеры

В природе могут существовать всевозможные комбинации, но некоторые из них встречаются чаще других. Например, большинство растений являются фотолитоавтотрофами , поскольку используют свет в качестве источника энергии, воду в качестве донора электронов и CO 2 в качестве источника углерода. Все животные и грибы хемоорганогетеротрофны , поскольку используют органические вещества как в качестве источников химической энергии, так и в качестве доноров электронов/водорода и источников углерода. Однако некоторые эукариотические микроорганизмы не ограничиваются одним способом питания. Например, некоторые водоросли на свету живут фотоавтотрофно, а в темноте переходят к хемоорганогетеротрофии. Даже высшие растения сохраняли ночью способность гетеротрофно дышать за счет крахмала, который днем ​​синтезировался фототрофно.

Прокариоты демонстрируют большое разнообразие категорий питания . [16] Например, цианобактерии и многие пурпурные серные бактерии могут быть фотолитоавтотрофными , используя свет в качестве энергии, H 2 O или сульфид в качестве доноров электронов/водорода и CO 2 в качестве источника углерода, тогда как зеленые несерные бактерии могут быть фотоорганогетеротрофными , используя органические молекулы как доноры электронов/водорода и источники углерода. [8] [16] Многие бактерии являются хемоорганогетеротрофами , используя органические молекулы в качестве источников энергии, электронов/водорода и углерода. [8] 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. [16] Сероокисляющие , железо- и анаммокс- бактерии, а также метаногены являются хемолитоавтотрофами , использующими неорганическую энергию, источники электронов и углерода. Хемолитогетеротрофы встречаются редко, поскольку гетеротрофия предполагает наличие органических субстратов, которые также могут служить легкими источниками электронов, что делает литотрофию ненужной. Фотоорганоавтотрофы встречаются редко, поскольку их органический источник электронов/водородов может стать легким источником углерода, что приводит к гетеротрофии.

Усилия синтетической биологии позволили преобразовать трофический режим двух модельных микроорганизмов от гетеротрофии к хемоорганоавтотрофии:

Смотрите также

Примечания и ссылки

  1. ^ Эйлер А (декабрь 2006 г.). «Доказательства повсеместного распространения миксотрофных бактерий в верхних слоях океана: последствия и последствия». Прикладная и экологическая микробиология . 72 (12): 7431–7. Бибкод : 2006ApEnM..72.7431E. дои :10.1128/АЕМ.01559-06. ПМК  1694265 . PMID  17028233. Таблица 1: Определения метаболических стратегий для получения углерода и энергии.
  2. ^ Тодар К. (2009). «Онлайн-учебник по бактериологии Тодара». Питание и рост бактерий . Проверено 19 апреля 2014 г.
  3. ^ Келли Д.П., Мейсон Дж., Вуд А. (1987). «Энергетический обмен у хемолитотрофов». Ван Версевельд Х.В., Дуин Дж.А. (ред.). Рост микроорганизмов на соединениях C1 . Спрингер. стр. 186–7. дои : 10.1007/978-94-009-3539-6_23. ISBN 978-94-010-8082-8.
  4. ^ Львофф А, Ван Нил CB, Райан Т.Ф., Татум Э.Л. (1946). «Номенклатура пищевых типов микроорганизмов» (PDF) . Симпозиумы Колд-Спринг-Харбор по количественной биологии . 11 (5-е изд.): 302–3.
  5. ^ Эндрюс Дж. Х. (1991). Сравнительная экология микроорганизмов и макроорганизмов. Спрингер. п. 68. ИСБН 978-0-387-97439-2.
  6. ^ Яфремава Л.С., Вильгос М., Томас С., Насир А., Ван М., Миттенталь Дж.Е., Каэтано-Аноллес Г. (2013). «Общая основа стратегий устойчивости биологических систем помогает объяснить сферы жизни». Границы генетики . 4 : 16. дои : 10.3389/fgene.2013.00016 . ПМЦ 3580334 . ПМИД  23443991. 
  7. ^ Маргулис Л. , МакХанн Х.И., Олендзенски Л., ред. (1993). Иллюстрированный словарь Protoctista: словарь водорослей, Apicomplexa, инфузорий, фораминифер, микроспоры, водяных плесеней, слизевиков и других протоктистов. Джонс и Бартлетт Обучение. стр. XXV. ISBN 978-0-86720-081-2.
  8. ^ abc Моррис, Дж. и др. (2019). «Биология: как устроена жизнь», 3-е издание, WH Freeman. ISBN 978-1319017637 
  9. ^ Келлерманн М.Ю., Вегенер Г., Элверт М., Ёсинага М.Ю., Лин Ю.С., Холлер Т. и др. (ноябрь 2012 г.). «Автотрофия как преобладающий способ фиксации углерода в анаэробных метанокисляющих микробных сообществах». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 109 (47): 19321–6. Бибкод : 2012PNAS..10919321K. дои : 10.1073/pnas.1208795109 . ПМЦ 3511159 . ПМИД  23129626. 
  10. ^ ab Глейзер С., Бен-Ниссан Р., Бар-Он Ю.М., Антоновский Н., Нур Э., Зохар Ю. и др. (ноябрь 2019 г.). «Преобразование Escherichia coli для получения всего углерода биомассы из CO2». Клетка . 179 (6): 1255–1263.e12. дои : 10.1016/j.cell.2019.11.009. ПМК 6904909 . ПМИД  31778652. 
  11. ^ ab Гасслер Т., Зауэр М., Гассер Б., Эгермейер М., Тройер С., Каусон Т. и др. (декабрь 2019 г.). «Промышленные дрожжи Pichia Pastoris превращаются из гетеротрофа в автотрофа, способного расти на CO2». Природная биотехнология . 38 (2): 210–6. дои : 10.1038/s41587-019-0363-0. ПМК 7008030 . ПМИД  31844294. 
  12. ^ Мирошниченко М.Л., Л'Харидон С., Жантон С., Антипов АН, Кострикина Н.А., Тиндалл Б.Дж. и др. (май 2003 г.). «Oceanithermus profundus gen. nov., sp. nov., термофильная, микроаэрофильная, факультативно хемолитогетеротрофная бактерия из глубоководных гидротермальных источников». Международный журнал систематической и эволюционной микробиологии . 53 (Часть 3): 747–52. дои : 10.1099/ijs.0.02367-0 . ПМИД  12807196.
  13. ^ Риппка Р. (март 1972 г.). «Фотогетеротрофия и хемогетеротрофия одноклеточных сине-зеленых водорослей». Архив микробиологии . 87 (1): 93–98. дои : 10.1007/BF00424781. S2CID  155161.
  14. ^ Ли, Мэйдзе; Нин, Пэн; Сунь, Йи; Ло, Цзе; Ян, Цзяньмин (2022). «Характеристики и применение Rhodopseudomonas palustris в качестве фабрики микробных клеток». Границы биоинженерии и биотехнологии . 10 : 897003. дои : 10.3389/fbioe.2022.897003 . ISSN  2296-4185. ПМЦ 9133744 . ПМИД  35646843. 
  15. ^ Eiler A (December 2006). "Evidence for the ubiquity of mixotrophic bacteria in the upper ocean: implications and consequences". Applied and Environmental Microbiology. 72 (12): 7431–7. Bibcode:2006ApEnM..72.7431E. doi:10.1128/AEM.01559-06. PMC 1694265. PMID 17028233.
  16. ^ a b c Tang KH, Tang YJ, Blankenship RE (2011). "Carbon metabolic pathways in phototrophic bacteria and their broader evolutionary implications". Front Microbiol. 2: 165. doi:10.3389/fmicb.2011.00165. PMC 3149686. PMID 21866228.