Хемосинтез

Хемосинтетические микроорганизмы (бактерии) представлены 4 группами - в зависимости от природы окисляемых ими для получения необходимой энергии простых неорганических веществ.
1. Серобактерии – окисляют сероводород. Суть процесса:
2 Н2S + O2 → 2 H2O + S2 + E (АТФ)
2. Две группы нитрифицирующих бактерий. Первая группа окисляет аммиак до солей азотистой кислоты (нитритов), вторая – окисляет нитриты далее до солей азотной кислоты (нитратов):
2 NH3 + 3 O2 → 2 HNO2 (нитриты) + 2 H2O + Е
2 HNO2 (нитриты) + O2 → 2 HNO3 (нитраты) + Е
3. Железные бактерии – окисляют закисные соединения железа до окисных:
Fe2+ + O2 → Fe3+ + E
4. Водородные бактерии окисляют молекулярный водород, который может выделяться, в частности, в результате жизнедеятельности некоторых организмов:
2 Н2 + О2 → 2 H2O + Е

Хемосинтезирующие бактерии помимо поставки органики в биосферу выполняют в ней и другие важные функции. Так, серные бактерии могут эффективно чистить от Н2S сточные воды и служить началом некоторых уникальных пищевых цепей. Примером последних может служить бурное размножение серобактерий возле так называемых чёрных курильщиков – выходов подземного тепла и газов в глубинах океана. Ими питаются различные мелкие организмы, последними – более крупные и т.д.

Нитрифицирующие бактерии усваивают в том числе аммиак, выделяемый при гниении белковых веществ. А образуемые ими нитраты играют важнейшую роль в минеральном питании зависимых от них растительных организмов.
Железные бактерии имеют также определенное значение для накопления так называемой болотной железной руды. Суть процесса как раз и отражает уравнение: Fe2+ + O2 → Fe3+ + E.

У эукариотных организмов существует три способа деление клетки: прямое деление – амитоз, непрямое – митоз и редукционное (когда число хромосом в результате деления уменьшается вдвое) – мейоз.
Важнейшее значение в процессе деления клетки имеет состояние хромосом. В неделящихся клетках в световой микроскоп они не видны. А специальными красителями в ядре клетки окрашивается так называемый хроматин. Это фрагменты хромосом, находящиеся в данный момент в плотном (компактном) состоянии. Эти участки хромосом ещё называют гетерохроматином. ДНК в нём в основном состоит из многократных повторов определенных последовательностей нуклеотидов. В отличие от них участки, находящиеся в декомпактном (раскрученном) состоянии не видны. Они называются эухроматин (собственно хроматин). Работающие гены, кодирующие клеточные белки, находятся в основном в эухроматине.

Хромосомы изучают и классифицируют во время одной из фаз деления клетки – метафазы, когда они максимально компактны и все выстраиваются в центральной области клетки. Даже у одного организма хромосомы имеют различные размеры и форму. В определении формы хромосом значение имеет положение первичной перетяжки – центромеры. Это гетерохроматиновый участок, к которому в процессе деления присоединяются белковые нити веретена деления, растаскивающие удвоившиеся перед этим хромосомы к противоположным полюсам клетки. Центромера делит хромосому на два плеча. Её расположение определяет три основных типа хромосом: равноплечие, неравноплечие и палочковидные (одно из плеч совсем маленькое).
Концевые участки хромосом называются теломеры. ДНК в них представлена многократными повторами определенных последовательностей нуклеотидов. В соматических (неполовых) клетках многоклеточного организма они обычно укорачиваются при каждом делении клетки.

Изучение хромосом различных организмов показывает следующие факты:
1. В любой соматической клетке конкретного организма число хромосом одинаково.
2. В половых клетках многоклеточного организма число хромосом уменьшено вдвое по сравнению с соматическими клетками.
3. У всех организмов одного вида число хромосом одинаково.
Конкретно: у человека – 46 хромосом, у сазана – 104, а у шимпанзе и таракана – по 48. Из этого примера видно, что число хромосом не связано с высотой организации и не всегда указывает на родство организмов.
Совокупность количественных (число) и качественных (форма, размеры) признаков хромосомного набора соматической клетки организма называется кариотип. Число хромосом в нем всегда чётное: все хромосомы – по две (одна – от одного родителя, другая – от другого). Такой набор хромосом называется диплоидным и обозначается 2n. Содержащаяся в диплоидном наборе хромосом ДНК обозначается 2с. Хромосомы одинаковые по размеру и форме, несущие одинаковые гены и полученные от разных родителей называются гомологичные хромосомы.

В состав каждой хромосомы входит одна гигантская молекула ДНК, составляющая около 50% молекулярного веса хромосомы. Другие 50% - это гистоновые и негистоновые белки, различные ионы, немного РНК. Белки и ионы помогают упаковывать гигантскую длину молекулы ДНК (если вытянуть в одну цепочку ДНК одной клетки человека получится длина 2 м) в компактные размеры клеточного ядра. Небольшие глобулярные белки гистоны взаимодействуют с ДНК за счёт ионных связей. Негистоновые белки взаимодействуют специфически с определенными последовательностями нуклеотидов ДНК. Первый уровень упаковки ДНК – в результате взаимодействия с гистонами ДНК оборачивается вокруг гистона, затем перескакивает на другой гистон и т.д. В результате получается длинная нить «бусин» (нуклеосом). На втором уровне упаковки нить из нуклеосом, закручиваясь спирально, укладывается в так называемую фибриллу. А на третьем уровне эта фибрилла укладывается петлями вокруг остова из негистоновых белков.

Самым распространенным способом деления клеток является митоз (от греч. – нить, из-за образования характерных структур). Жизнь клетки от одного деления митозом до другого называется митотический цикл. Он состоит из ряда фаз:
1. Состояние клетки до получения стимула к делению – фаза G0 (Gap - промежуток). Она может продолжаться относительно долго – вплоть до самого времени жизни организма (т.е. клетка не делится). Её продолжительность тесно связана с уровнем дифференцировки (специализации) клетки: D – на схеме внизу.
2. После получения стимула к делению клетка вступает в фазу G1 – первая фаза роста. Её суть – идет подготовка к синтезу (удвоению) ДНК.
3. Фаза S – синтетическая. К её концу количество ДНК удваивается.
4. G2 – короткая вторая фаза роста. Идёт подготовка к самому митозу. В частности, удваиваются клеточные органоиды, накапливается энергия для деления.
Фазы G0 + G1 + S + G2 называются общим словом «интерфаза».
5. Само деление – митоз.

В митозе выделяют 4 фазы.
Первая фаза – профаза. Для неё характерно «проявление» хромосом в силу начавшейся их компактизации. К концу фазы (прометафаза) становится видно, что они удвоены – состоят из двух дочерних хроматид. Постепенное исчезновение ядерной мембраны и ядрышка. Начинается расхождение к полюсам клетки удвоившихся центриолей. Вокруг них появляется характерная звездообразная структура из разрастающихся микротрубочек, которые начинают формировать нити веретена деления.
Во время второй фазы – метафазы – завершается формирование веретена деления. Его нити тянутся с двух сторон от полюсов клетки к центромерам удвоенных хромосом (это хромосомные нити). Часть нитей тянется непрерывно от полюса к полюсу (полюсные нити).
Центромеры всех хромосом
располагаются строго в одной,
экваториальной плоскости,
формируя так называемую
экваториальную или
метафазную пластинку.
На следующей стадии – анафаза –
снижается вязкость цитоплазмы,
центромеры разъединяются и
дочерние хроматиды становятся
самостоятельными хромосомами.
Сокращающиеся нити веретена
деления растаскивают их
к полюсам клетки.