της Δήμητρας Σπανού καθηγήτριας χημικού του 1ου Γυμνασίου Δάφνης
Συνεσχέθη, ἀλλ᾿ οὐ κατεσχέθη,
στέρνοις κητῴοις Ἰωνᾶς·
σοῦ γὰρ τὸν τύπον φέρων,
τοῦ παθόντος καὶ ταφῇ δοθέντος,
ὡς ἐκ θαλάμου, τοῦ θηρὸς ἀνέθορε..
Αποτελέσματα αναζήτησης
Αποτελέσματα ιστού
υπό κατασκευή
ΕΙΣΑΓΩΓΗ
Η ροή ενέργειας στο φυσικό περιβάλλον, εξελικτική διαδικασία και διαμόρφωση ισορροπιών (απόσπασμα)
Η ροή και ανακύκλυση ενέργειας και ύλης γίνεται με τους βιογεωχημικούς κύκλους
Οι βιογεωχημικοί κύκλοι περιλαμβάνουν α. φυσικούς μετασχηματισμούς όπως διάλυση, κατακρήμνηση, αεριοποίηση και ενσωμάτωση
β. χημικές μετατροπές όπως βιοσύνθεση, βιοδιάσπαση, οξειδοαναγωγή και βιομετατροπές
γ. συνδυασμόυς φυσικών και χημικών μετατροπών που μπορούν να προξενίσουν μετάθεση υλικών στον χώρο όπως ιζηματοποίηση , εξαέροση κ.α.
Με τον τρόπο αυτό η παραγώμενη ενέργεια απορροφάται, μετατρέπεται και παροδικά αποθηκεύεται και διασκορπίζεται με τέτοιο τρόπο ώστε να συμβαίνει ενεργειακή ροή ή ροή ενέργειας που είναι απαραίτητη για την λειτουργία των οικοσυστημάτων.
Περιγράφοντας το φυσικό περιβάλλον και τους γεωβιοχημικούς κύκλους της ύλης
Οι παράγοντες που αποτελούν ένα οικοσύστημα και αλληλοεπιδρούν είναι παράγοντες ύλης και ενέργειας
Η ύλη στο γήϊνο οικοσύστημα παραμένει σχεδόν ανεπιρρέαστη εφόσον τα ποσά ύλης που δέχεται ο πλανήτης από το διάστημα (μετεωρίτες κ.α.) είναι αναλογικά πολύ μικρά. Τα χημικά στοιχεία που επικρατούν στην ζωή (άνθρακας, υδρογόνο, οξυγόνο, άζωτο, θείο, φωσφόρος, κ.α.) αλλά και τα άλλα σε μικρότερες αναλογίες είναι κυρίως αυτά που κυκλοφορούν σε βιοχημικούς κύκλους χημικών στοιχείων ώστε να γίνονται εκ νέου διαθέσιμα. Κύκλος του άνθρακα, κύκλος του αζώτου, κύκλος του οξυγόνου, κύκλος του θείου.
Ανακυκλώνονται επίσης αλλά με μικρότερη ένταση δευτερεύοντα στοιχεία των οργανισμών όπως μαγνήσιο, κάλιο, νάτριο και αλογόνα αλλά και ή ιχνοστοιχεία
Ο βαθμός ανάλυσης και λεπτομέριας στην ροή των κύκλων έχει ορισμένα χαρακτηριστικά όπως
η δεξαμενή αποθήκευσης (τα υλικά κινούνται αργά) η δεξαμενή ανταλλαγής (μικρότερο τμήμα ανταλλαγής συστατικών) και επίσης οι γεωβιοχημικοί κύκλοι διακρίνονται σε αέριες (υδρογόνου, οξυγόνου κ.α.) και ιζηματογενείς (φωσφόρου, θείου κ.α.) Οι μετακινήσεις μεταξύ των χώρων αυτών γίνονται μέσα από δρόμους μεταφοράς
Αυτές οι μετακινήσεις είναι φυσικές και προυπήρχαν της εμφάνισης του ανθρώπου. όμως οι ανθρώπινες δραστηριότητες τους επρρεάζουν, είτε μεταβάλλοντας τους ρυθμούς μετακίνησης ή τις ποσότητες που εγκαθίστανται σε δεξαμενές είτε προσθέτοντας νέες ουσίες στο περιβάλλον
Ο κύκλος του άνθρακα
Το στοιχείο άνθρακας είναι το βασικό στοιχείο στην βιόσφαιρα ώστε οι οργανικές ενώσεις αναφέρονται επίσης και σαν ενώσεις του άνθρακα.
Το στοιχείο αυτό δεν επικράτησε τυχαία στις πολύπλοκες ουσίες της οργανικής ύλης.
- Έχει δυνατότητα δημιουργίας τεσσάρων σταθερών ομοιοπολικών δεσμών τετραεδρικής διάταξης.
- Αυτό εξασφαλίζει την επιθυμητή τρισδιάστατη δομή του μορίου στον χώρο
- Οι δεσμοί C-H είναι δεσμοί ανηγμένων μορίων, πλούσιοι σε ενέργεια και συναντώνται στους ζωντανούς οργανισμούς. Για να δημιουργηθούν απαιτείται ενέργεια (π.χ. στην φωτοσύνθεση όπου απορροφάται ηλιακή ενέργεια από τους φωτοσυλλεκτικούς μηχανισμούς του κυττάρου)
- Αντίθετα στην ανόργανη ύλη ο άνθρακας συναντάται συνήθως
στον φλοιό της γης έχει δεσμούς τύπου C-O (οξειδωμένους) πολύ χαμηλούς σε ενέργεια.
- Τα μεγάλα μόρια των οργανικών ενώσεων της ζωής, σταθεροποιούνται με επιπλέον συνδέσεις εσωτερικές. Όπως οι δεσμοί υδρογόνου, οι υδρόφοβες αλληλεπιδράσεις, οι δεσμοί Van der Walls
Δεσμούς υδρογόνου σχηματίζουν οι αλκοόλες, τα σάκχαρα (αλδεϋδες) τα σάκχαρα (κετόνες), τα οργανικά οξέα, οι αμίνες , οι ενώσεις θείου RSH κ.α.
Τα πρωτογενή μόρια της ζωής που δημιουργούνται από διοξείδιο του άνθρακα, νερό και ατμοσφαιρικό άζωτο είναι περίπου 30. Από αυτά έχουμε 20 αμινοξέα, 5 αζωτούχες βάσεις, 1 λιπαρό οξύ, 2 σάκχαρα 1 αλκοόλη την γλυκερίνη, και μια αμίνη , την χολίνη.
Τα βιολογικά συστήματα αποτελούνται κυρίως από σάκχαρα, λιπαρά οξέα, αμινοξέα και νουκλεοτίδια.
Δεσμούς
Το ιδιαίτερο χαρακτηριστικό του κύκλου του άνθρακα είναι πως το μεγαλύτερο μέρος του ανθρακα δεν ανακυκλώνεται,
αλλά κυρίως βρίσκεται σε μορφή ανθρακικών ιόντων σε πετρώματα κυρίως ανθρακικά του ασβεστίου (CaCO3) σε δεξαμενές αποθήκευσης . Ακόμα διασκορπισμένος οργανικός άνθρακας βρίσκεται εγκλωβισμένος μέσα σε ιζηματογενή πετρώματα. (δεξαμενές συγκέντρωσης)
Λιγότερο του 1%του συνολικού άνθρακα συμμετέχουν στην ανακύκλωση σε άλλα διαμερίσματα που όπως, ατμόσφαιρα, ζώντες οργανισμοί, ορυκτά καύσιμα, χημικά εδάφους, διαλυτές ουσές είναι λιγότερο του 1%του συνολικού άνθρακα.
Ta
Ο κύκλος του άνθρακα βασίζεται κυρίως στην κυκλοφορία του διοξειδίου του άνθρακα μεταξύ ατμόσφαιρας, θάλασσας, χερσαίων φυτών και εδάφους.
Ο κύκλος του άνθρακα περιλαμβάνει την φωτοσύνθεση,
- βιοσύνθεση με κυρίαρχη την δέσμευση ενέργειας κατά την δημιουργία χημικού δεσμού C-H που είναι και η κινητήριος δύναμη για τις βιολογικές αντιδράσεις ανακύκλωσης όλων των ουσιών της ζωής .
Ο ρυθμός που η ηλιακή ενέργεια δεσμεύεται και αποθηκεύεται στον παραγωγό, ονομάζεται πρωτογενής παραγωγή. Μετρείται σε kcal/τετραγωνικό μέτρο και ανά μέρα, ή σε βάρος βιομάζας που παράγεται.
και ξεκινάει στην φωτοσύνθεση και την βιοαποικοδόμηση οργανικών ουσιών,
Ο κύκλος του άνθρακα θα εξεταστει ξεχωριστά α. στην ατμόσφαιρα και β. στους ωκεανούς γ. στο έδαφος
Α. Στην ατμόσφαιρα
Ο άνθρακας απορροφάται από την ατμόσφαιρα από τους φωτοσυνθετικούς οργανισμούς. Η διαδικασία συνοπτικά περιγράφεται από την Χημική εξίσωση:
6CO2 + 6H2O + ΗΛΙΑΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ --> C6H12O6 + 6O2
Η ηλιακή ενέργεια στην ατμόσφαιρα, δεσμεύεται από φυτικές χρωστικές όπως είναι η χλωροφύλη (α και β) τα καροτένια, οι ανθοκυάνες κ.α στις οποίες κυριάρχο ρόλο έχει η χλωροφύλλη
(από το σχ. βιβλίο Β Λυκείου)
Το μόριο της χλωροφύλλης, αποτελείται από μια υδρογονανθρακική «ουρά», η οποία συνδέεται με μια πολύπλοκη κυκλική δομή (δακτύλιο πορφυρίνης) που περιέχει στο κέντρο της ένα άτομο μαγνησίου. Τα υπόλοιπα άτομα που σχηματίζουν το δακτύλιο συνδέονται μεταξύ τους με απλούς και διπλούς δεσμούς. Οι δεσμοί αυτοί έχουν τη δυνατότητα να μετατρέπονται και αυτό επιτρέπει στο μόριο της χλωροφύλλης να δεσμεύει ισχυρά τη φωτεινή ακτινοβολία. Λίγα μόνο mgr χλωροφύλλης μέσα σε ένα λίτρο νερού μπορούν να απορροφήσουν όλη σχεδόν την ερυθρή και την μπλε ακτινοβολία που περνά από αυτό. Αυτή την ενέργεια «κλέβουν» τα ηλεκτρόνια που υπάρχουν στο δακτύλιο της πορφυρίνης, για να μεταπηδήσουν σε στιβάδες υψηλότερης ενέργειας, με αποτέλεσμα τη διέγερση του μορίου της χλωροφύλλης.
(ΦΥΛΛΟΛΟΓΙΑ - ΛΕΞΙΚΟ ΟΡΩΝ - ΧΛΩΡΟΦΥΛΛΗ - ΚΠΕ ΚΑΣΤΟΡΙΑΣ
Η φωτοσύνθεση στα φυτά ξεκινά με την μεταφορά νερού στο οποίο υπάρχει διαλυμένο διοξείδιο του άνθρακα από την ατμόσφαιρα, στα κύτταρά τους και μέχρι τους χλωροπλάστες τους.
Θεωρείται ότι οι φωτοδεσμευτική διαδικασία στους χλωροπλάστες των φυτών γίνεται μέσα σε υδάτικό περιβάλλον. Η φωτοδεσμευτική ικανότητα άλλων χρωστικών όπως τα καροτένια και σε συνθήκες ξηρασίας ελέγχεται από άλλουςυδρογόνο (φωτόλυση) μηχανισμούς και δεν έχει μελετηθεί αρκετά.
Στην πραγματικότητα η φωτοσύνθεση είναι πολυπλοκότερο φαινόμενο
Περιλαμβάνει δύο φάσεις, τις φωτεινές αντιδράσεις με την διάσπαση του νερού σε οξυγόνο και υδρογόνο και την σκοτεινή φάση με την δημιουργία υδατανθράκων από το διοξείδιο του άνθρακα και υδρογόνο
Η ενέργεια που απορροφά η φυτική χρωστική (χλωροφύλλη κ.α.) χρησιμοποιείται για να διασπάσει το νερό σε οξυγόνο και υδρογόνο (φωτόλυση)
Η2Ο + hv --> 2[Η] +1/2 Ο2
Το ατομικό υδρογόνο δεσμεύεται από διάφορα ένζυμα (NADP) ,
η ενέργεια από την χλωροφύλλη χρησιμοποιείται για την κατασκευή 18 μορίων τριφωσφορικής αδενοδίνης ATP ,
ενώ το οξυγόνο ελευθερώνεται στην ατμόσφαιρα.
ΣΕ ένα δεύτερο στάδιο που δεν απαιτεί ηλιακή ενέργεια (σκοτεινή φάση φωτοσύνθεσης)
Το διοξείδιο του άνθρακα με το υδρογόνο και με την βοήθεια ενζύμων και συνενζύμων παράγουν υδατάνθρακες (γλυκόζη)
CO2 + 2[Η] --> (CH2OH)x
Η βασική ουσία που παράγεται είναι η γλυκόζη. Αποθηκεύεται με μορφή ενός πολυμερούς , του άμυλου.
Εκτός από τα φυτά υπάρχουν και κάποιοι άλλοι οργανισμοί οι οποίοι φωτοσυνθέτουν. Είναι κυρίως ορισμένα βακτήρια , σιδηροβακτήρια, θειοβακτήρια που διασπούν το διοξείδιο του άνθρακα της ατμόσφαιρας και συνθέτουν οργανικές ουσίες.
CO2 + 2H2S + ενέργεια --> CH2O + H2O + 2S
Χρησιμοποιούν παρόμοιες φωτοδεσμευτικές ουσίες με την χλωροφύλλη (βακτηριοχλωροφύλλη) και ο μηχανισμός αυτός υπήρξε σημαντικός για τη ζωή, στις πρώτες γεωλογικές περιόδους που η σύνθεση της ατμόσφαιρας ήταν διαφορετική από σήμερα.
Β. στους ωκεανούς
Στο θαλάσσιο περιβάλλον συμβαίνουν αντίστοιχες διεργασίες για την παραγωγή οργανικού υλικού από ανόργανα υλικά του νερού και με την δράση οργανισμών. Οι οργανισμοί που φωτοσυνθέτουν είναι τα υδρόβια φυτά και ένα πλήθος από υδρόβιους οργανισμούς που αποτελούν το φυτοπλαγκτόν. 
Το φυτοπλαγκτόν αποτελείται από πρωκαρυωτικούς και ευκαρυωτικούς μικροοργανισμούς που ζουν αιωρούμενοι στα νερά.
Αυτοί οι υδρόβιοι οργανισμοί δεν προσλαμβάνουν μόνο το διοξείδιο του άνθρακα που είναι διαλυμένο στο νερό αλλά και άλλες ουσίες, κυρίως άλατα φωσφορικά και νιτρικά. Έτσι δεν έχουμε την πρωτογενή παραγωγή υδατανθράκων όπως στα χερσαία φυτά, αλλά "μεικτή πρωτογενή παραγωγή". Η χημική αντίδραση περιγράφεται περίπου ως εξής:
106CO2 +16NO3- + HPO42- + 122H2O + 18H+ ---> C106H263O110N16P + 138O2
Η σύσταση του πρωτοπλάσματος των αλγών (κυανόφυτα μονοκύτταροι οργανισμοί απ΄το πλαγκτόν) χρησιμοποιείται για την αναπαράσταση της οργανικής ύλης.
Ένα μέρος από την παραγωγή αυτή καταναλώνεται από τους ίδιους τους μικροοργανισμούς και το υπόλοιπο ενσωματώνεται στους ιστούς τους και αποτελεί την καθαρή πρωτογενή παραγωγή που θα μπει στην συνέχεια σε τροφικές αλυσίδες θαλάσσιων οικοσυστημάτων
Γ. σε ορισμένους ζωϊκούς οργανισμούς μη χλωροφυλλούχους
Ορισμένου μικροοργνισμοί όπως μερικά βακτήρια (σιδηροβακτήρια, θειοβακτήρια κ.λπ.) αλλά και ορισμένα πρώτιστα, όπως η ευγλήνη η πράσινη (Euglena) και σχεδόν όλα τα φύκη μπορούν να δεσμεύουν το διοξείδιο του άνθρακα χωρίς να διαθέτουν χλωροφύλλη ή αντίστοιχες ουσίες αλλά κάποιες φωτοδεσμευτικές ουσιες όπως η βακτηριοχλωροφύλλη
Μετά την φωτοσύνθεση στην ατμόσφαιρα και τους ωκεανούς, η δημιουργία συνθετότερων οργανικών μορίων
Η σημασία την φωτοσύνθεσης στους ωκεανούς και στην επιφάνεια της γης και ατμόσφαιρα είναι πρωταρχική . Η μεταφορά ηλιακής ενέργειας στο γήινο οικοσύστημα και η μετατροπή της σε χημική είναι το πρώτο βήμα για να κυκλοφορήσει στην συνέχεια ενέργεια και ύλη στο οικοσύστημα, μέσω των τροφικών αλυσίδων. Σε κάθε πέρασμα προς ανώτερο τροφικό επίπεδο, υπάρχει απώλεια ενέργειας της τάξης του 50% για τους παραγωγούς και 90% για τους καταναλωτές. Από αυτό το 10% επιστρέφει στην ατμόσφαιρα με την αναπνοή σαν διοξείδιο του άνθρακα.Δηλαδή όσο επιμκύνεται η τροφική αλυσίδα, τόσο μειώνεται η διαθέσιμη ενέργεια σε μορφή βιομάζας και ο άνθρακας είναι το πρωταρχικό στοιχείο της βιομάζας αυτής. Ο άνθρακας είναι το δομικό στοιχείο που οικοδομούνται όλα τα βιολογικά μακρομόρια όπως πρωτείνες λίπη υδατάνθρακ βιταμίνες κ.α.
Η διάσπαση των μεγάλων οργανικών μοριων (βιοαποικοδόμηση)
Αναπόσπαστο μέρος του κύκλου του άνθρακα είναι επίσης η βιοαποικοδόμηση. οργανική ύλη αποικοδομείται στο έδαφος από τους αποικοδομητές σε αρχικά οργανικά υποστρώματα έως ορυκτά υλικά.
Η βιοαποικοδόμηση μέσω μιας σειράς οξειδώσεων σε αερόβιες συνθήκες οδηγεί σε μια σειρά από προϊόνται όπως ανθρακούχες θειούχες και φωσφορούχες ενώσεις, νερό, οξυγόνο , υδρογόνο, υδροξύλια, κατιόντα. Αυτό έχει πολύ μεγάλη σημασία για τα φυτά γιατί τα φυτά για να συνθέσουν τις οργανικές τους ουσίες πρέπει να απορροήσουν τα συστατικά του σαν ανόργανα ιόντα.
Τα υλικά που αποικοδομούνται είναι φυτικής ή ζωϊκής προέλευσης
Α. Αποικοδόμηση νεκρών φυτικών υλών
Η διαδικασία της βιοαποικοδόμησης οδηγήσει
1. σε ορυκτοποίηση δηλαδή παραγωγή απλών οργανικών προϊόντων και ανοργάνων ιόντων
2. σε περιορισμένη διάσπαση των αρχικών σωμάτων και δημιουργία χούμο
ΟΙ φυτικές 
Αποτελούνται από ουσίες φυτικών κυττάρων όπως κυτταρίνη, (πολυμερές της γλυκόζης συστατικό βιομηχανικών , γεωργικών αποβλήτων) ημικυτταρίνη, (πολυμερές της ξυλόζης συστατικό του ) λιγνίνη, ( υδρόφοβο, φαινολικά πολυμερές συστατικό του ξύλου) πηκτίνη ( δευτερεύον συστατικό του τοιχώματος) συστατικο του τοιχώματος) και άμυλο (πολυμερές της γλυκόζης)
Η αποικοδόμηση ξεκινάει με τον θρυματισμό από ασπόνδυλα του εδάφους ώστε να αυξηθεί η επιφάνεια και να προχωρήσει η χημική τους διάσπαση.
Ο καταβολισμός (βιοχημική διάσπαση) της κυτταρίνης, που είναι πολυμερές της γλυκόζης, επιτυγχάνεται με ενζυμικές ουσίες όπως υδρολάσες, που εκκρίνουν βακτήρια και μύκητες. Εξαρτάται από την παρουσία ειδικών κατηγοριών μικροοργανισμών, τον τύπο του μορίου κ.α.
Η λιγνίνη που την συναντάμε στα ώριμα φυτά έχει αρωματικές ιδιότητες και δυσκολότερη αποικοδόμηση γιατί μεταξύ των μορίων γλυκόζης του πολυμερούς αυτού, παρεμβάλλονται και ετεροάτομα, με δεσμούς που δύσκολα υδρολύονται.
Για τον καταβολισμό πρωτεϊνών και πεπτιδίων, απαιτούνται επίσης πρωτεϊνάσες και υδρολάσες. Ο ρυθμός αποικοδόμησης πρωτεϊνών μειώνεται σε αργιλικά εδάφη , εξαρτάται από τις καιρικές συνθήκες, και είναι ταχύτερος σε πριεχόμενα κύτταρα που αποτελούνται
Η διαδικασία της βιοαποικοδόμησης συνήθως οδηγήσει σε ορυκτοποίηση ή και παραγωγή απλών οργανικών προϊόντων αλλά σε ορισμένες περιπτώσεις ένα σημαντικό μέρος των οργανικών υποστρωμάτων δεν φτάνει έως τα τελικά ανόργανα προϊόντα αλλά χουμοποιείται. Υλικά που χουμοποιούνται είναι κυρίων αυτά που περιέχουν μεγάλες ποσότητες λιγνίνη .
Στην χουμοποίηση τα τελικά προϊόντα είναι κυρίως χουμικά οξέα που αποτελούνται από πολύπλοκα πολυμερή υδροξυφαθνολών, υδροξυβενζοϊκών οξέων και άλλων αρωματικών ενώσεων.
Ο άνθρακας στην ανόργανη ύλη
Στην ανόργανη ύλη ο άνθρακας βρίσκεται συνήθως είτε σε μορφή διοξειδίου του άνθρακα, ή σε μορφή ανόργανών ιόντων στο νερό, είναι σαν ανόργανα άλατα του εδάφους.
Στους ωκεανούς:
Στο υδατικό σύστημα ο άνθρακας εισέρχεται κυρίως μέσω της διάλυσης του διοξείδιου του άνθρακα στο νερό και αυτό αυξάνεται γιατί
Το CO2 ενυδατώνεται CO2 (aq) και στη συνέχεια σχηματίζει ανθρακικό οξύ H2CO3 διίσταται σε δύο στάδια α. H2CO4 <--> HCO3- + H+ HCO3_ <--> CO3-- + H+
Συνολική αντίδραση CO2 + Η2Ο) <----> CO2 (aq) ( +Η2Ο) < ---> H2CO4 <--> HCO3- (+ H+) <---> CO3-- + H+ (1)
Στην απόθεση στερεού ανθρακικού ασβεστίου σε βράχους και σε όστρακα υδρόβιων οργανισμών κατά την αντίδραση CO3-- + 2H+ <--> H2CO3 (2)
η απόθεση ή η διάλυση στερεού ανθρακικού ασβεστίου επιρρεάζεται από την συγκέντρωση ιόντων H+, CO3--, HCO3-
Οι συγκεντρώσεις των ιόντων CO2, CO3-- , HCO3- επιρρεάζονται σύμφωνα με τις σταθερές χημικής ισορροπίας Κ1 = [Η+] [ΗCO3-] /[CO2] και K2= [H+] [CO3--] / [HCO3-]
Στα επιφανειακά νερά κυρίως των θαλασσών ευνοείται ο σχηματισμός CO3-- λόγω της διάλυσης του CO2 και στην συνέχεια της αντίδρασής του με το νερό η αντίδραση (2) προχωρά προς τα δεξιά ώστε τα ανθρακικά άλατα όπως το ανθρακικό ασβέστιο των οστράκων δεν διαλύονται.
Αντίθετα σε μεγάλα βάθη που δεν τροφοδοτείται το νερό με διοξείδιο του άνθρακα, τα ανθρακικά άλατα διαλύονται περισσότερο και δεν συναντάμε οστρακοειδή αλλά γυμνά μαλάκια.
Στα νερά, αποσαρθρώνονται ανθρακικά πετρώματα ασβεστίου και μαγνησίου. Νερό που έχει διαλύσει πετρώματα ασβεστίου και μαγνησίου θεωρείται ¨σκληρό" νερό.
Ορυκτά καύσιμα
Ταυτόχρονα στους κύκλους αυτούς, συμμετέχουν με αργές γεωλογικές διαδικασίες, όπως ο σχηματισμός γεωλογικών πετρωμάτων και υγρών καυσίμων,
Τα ορυκτά καύσιμα (κάρβουνο, περέλαιο, φυσικό αέριο, προέρχονται από οργανικά υπολείμματα φυτών και άλλων οργανισμών.
Οι περιοχές που κυρίως σχηματίστηκε κάρβουνο είναι οι ελώδεις εκτάσεις αφού οι αποθέσεις οργανικής ύλης μεταφέρθηκε σε μεγαλύτερ βάθη.
Οι περιοχές που δημιουργήθηκαν το πετρέλαιο και το φυσικό αέριο ήταν κυρίως
ορισμένες ανθρώπινες δραστηριότητες όπως η καύση των υγρών καυσίμων και η αποψίλωση των δασών, οι μεταφορές, αυξάνουν το ατμοσφαιρικό διοξείδιο του άνθρακα. Επιρρεάζουν το κλίμα και τους ωκεανούς
Κατά την καύση υγρών καυσίμων εκτός από το διοξείδιο του άνθρακα παράγονται και οξείδια του θείου και του αζώτου
CH4 ή CZHYS +N2 --> H2O +CO2 + NOX +SO2
Η αύξηση του διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα λόγω αυξημένων καύσεων αντιμετωπίζεται με αύξηση της φωτοσύνθεσης από τα φυτά και τους υδρόβιους φωτοσυνθετικούς οργανισμούς. Όμως προκαλεί παράλληλα υπερθέρμανση του πλανήτη λόγω του ότι τα μόριά του απορροφούν την υπέρυθρη ακτινοβολία του φαινοηότι ένου του θερμοκυπίου
Η γλυκόζη χρησιμοποιείται για να κατασκευαστούν και άλλα οργανικά μόρια, τα οποία "ταξιδεύουν από τον ένα οργανισμό στον άλλο μέσω τροφικών αλυσίδων.
Δήμητρα Σπανού
ΠΗΓΕΣ
Βιολογία Γ Γενικού Λυκείου
Πέρα από τα όρια D. MEADWS...
https://el.wikipedia.org/wiki/%CE%9F%CE%BC%CE%BF%CE%B9%CF%8C%CF%83%CF%84%CE%B1%CF%83%CE%B7
https://users.sch.gr/kassetas/0%20000%200aCyrcleCARBON.htm
https://mio-ecsde.org/epeaek09/book/kef1.pdf
https://nemertes.lis.upatras.gr/jspui/bitstream/10889/10310/1/Kontogiannatou%20MSc.pdf
https://repository.kallipos.gr/bitstream/11419/6325/1/00_master_document-KOY.pdf
ΦΥΛΛΟΛΟΓΙΑ - ΛΕΞΙΚΟ ΟΡΩΝ - ΧΛΩΡΟΦΥΛΛΗ - ΚΠΕ ΚΑΣΤΟΡΙΑΣ
https://xhmeiapedia.blogspot.com/2017/11/lignin.html
χωρίς χλωροφύλλη (με άλλες φωτοδεσμευτικές ουσίες, π.χ. βακτηριοχλωροφύλλη που διασπούν το διοξείδιο του άνθρακα της ατμόσφαιρας και συνθέτουν οργανικές ουσίες (χημειοσύνθεση και φωτοχημειοσύνθεση). Τέτοιοι οργανισμοί είναι μερικά βακτήρια (σιδηροβακτήρια, θειοβακτήρια κ.λπ.) αλλά και ορισμένα πρώτιστα, όπως η ευγλήνη η πράσινη (Euglena) και σχεδόν όλα τα φύκη.
https://mio-ecsde.org/epeaek09/book/kef1.pdf
Από τους οργανισμούς επανέρχεται στην ατμόσφαιρα σαν τα μόρια του διοξειδίου του άνθρακα με την αναπνοή.
C6H12O6 + 6O2 ---> 6CO2 + 6H2O + ΧΗΜΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ
ακατέργαστο
Μελέτη των θρεπτικών αναγκών των μαθημάτων προκαρυωτικών
Το αντικείμενο της μελέτης είναι διάφορες ανόργανες και οργανικές ουσίες που μπορούν να χρησιμεύσουν ως πηγή διατροφής για προκαρυωτικά. Έτσι, σε αυτό το έργο, θα εξετάσουμε τις πηγές των κύριων βιογενών χημικών στοιχείων που απαιτούνται για την κατασκευή και τη λειτουργία ενός προκαρυωτικού κυττάρου.
Η γνώση σχετικά με τις ανάγκες των προκαρυωτικών σε θρεπτικά συστατικά χρησιμοποιείται σε βιοτεχνολογικές βιομηχανίες και επιστημονικά εργαστήρια. Με τη βοήθεια αυτών των γνώσεων, είναι δυνατόν να βρεθούν οι φθηνότερες πηγές διατροφής και έτσι να μειωθεί το κόστος της μικροβιολογικής παραγωγής, καθώς και να επιτευχθεί η μέγιστη παραγωγικότητα.
1. Πηγές άνθρακα
Όλες οι ενώσεις από τις οποίες κατασκευάζονται οι ζωντανοί οργανισμοί είναι ενώσεις άνθρακα. Ο άνθρακας παίζει σημαντικό ρόλο στον εποικοδομητικό μεταβολισμό. Οι προκαρυώτες είναι σε θέση να δράσουν σε οποιαδήποτε ένωση άνθρακα, δηλαδή να τη χρησιμοποιήσουν στο μεταβολισμό τους. Ανάλογα με την πηγή άνθρακα, όλοι οι προκαρυώτες χωρίζονται σε δύο ομάδες: αυτότροφοι, οι οποίοι περιλαμβάνουν οργανισμούς ικανούς να συνθέτουν όλα τα συστατικά των κυττάρων από διοξείδιο του άνθρακα ή άλλες ανόργανες ενώσεις και ετερότροφα, η πηγή άνθρακα για τον εποικοδομητικό μεταβολισμό των οποίων είναι οργανικές ενώσεις. Πρέπει να σημειωθεί ότι στον κόσμο των προκαρυωτικών δεν υπάρχει αιχμηρό όριο μεταξύ αυτο- και ετερότροφων οργανισμών [1, 2, 3].
1.1 Ανόργανες ενώσεις άνθρακα
Οι πιο κοινές ανόργανες ενώσεις άνθρακα περιλαμβάνουν το CO2 και CO, καθώς και άλατα διοξειδίου του άνθρακα και διοξειδίου του άνθρακα - ανθρακικά άλατα [4].
Το διοξείδιο του άνθρακα χρησιμοποιείται ως υπόστρωμα από χημειολιθότροφους και φωτοτρόφους.
Οι χημειολιθότροφοι χρησιμοποιούν το CO ως τη μόνη πηγή άνθρακα2 και να το μετατρέψει σε κυτταρικό υλικό χρησιμοποιώντας ενέργεια ΑΤΡ και αναγωγικά ισοδύναμα που λαμβάνονται από την οξείδωση ανόργανων υποστρωμάτων. Τέτοιοι μικροοργανισμοί ονομάζονται συχνά C-autotrophs. Σταθεροποίηση του CO2 σε χημειολιθότροφους, διεξάγεται ως αποτέλεσμα του κύκλου Calvin. Τέτοια βακτήρια περιλαμβάνουν κυανοβακτήρια. Το διοξείδιο του άνθρακα χρησιμοποιείται επίσης ως πηγή άνθρακα από φωτοτροφικά βακτήρια τριών οικογενειών: Rhodospirillaceae (μωβ βακτήρια χωρίς θείο), Chromatiaceae (μωβ βακτήρια θείου) και Chlorobiacaeae (πράσινα βακτήρια).
Τα κυανοβακτήρια μειώνουν το CO2 νερό και μοβ και πράσινα βακτήρια με υδρόθειο και αέριο υδρογόνο. ή μοβ - οργανικές ενώσεις. Ταυτόχρονα, στη διαδικασία της φωτοσύνθεσης, τα κυανοβακτήρια απελευθερώνουν οξυγόνο, ενώ τα μοβ και πράσινα βακτήρια δεν το απελευθερώνουν και η φωτοσύνθεση εμφανίζεται σε αυτά υπό αναερόβιες συνθήκες.
Τα βακτήρια που σχηματίζουν μεθάνιο είναι σε θέση να αφομοιώσουν το CO αναερόβια2 με υδρογόνο με αντίδραση:
ΜΕ2+4Ν2>SN4+2Νοέ2Περίπου
Καλά μελετημένα βακτήρια με αυτή την ικανότητα περιλαμβάνουν το Methanobacterium ruminantium, το Methanobacterium thermoautotrophicum και το Methanobacterium MoH [5, 6].
Το μονοξείδιο του άνθρακα είναι δηλητήριο για τους περισσότερους μικροοργανισμούς, καθώς αδρανοποιεί τις οξειδάσες του κυτοχρώματος. Υπάρχουν όμως είδη που αναπτύσσονται σε αερόβιες συνθήκες παρουσία CO: Hydrogenomonas carboxydovorans και Seliberia carboxyhydrogena (και τα δύο βακτήρια αποδίδονται τώρα στο γένος Pseudomonas). Το CO οξειδώνεται σε CO2 , και η μεταφορά των απελευθερωμένων ηλεκτρονίων στο οξυγόνο συνοδεύεται από τη σύνθεση του ΑΤΡ. Στην οξείδωση του μονοξειδίου του άνθρακα, χρησιμοποιείται μια ειδική οξειδάση του κυτοχρώματος που δεν είναι ευαίσθητη στο CO. Αυτά τα βακτήρια ονομάζονται καρβοξυτροφικά βακτήρια [5, 7].
1.2 Οργανικές ενώσεις άνθρακα
1.2.1 Υδρογονάνθρακες και παράγωγά τους
Οι μεθανότροφοι χρησιμοποιούν μεθάνιο ως πηγή άνθρακα. Η οξείδωση του μεθανίου πραγματοποιείται σε μια ακολουθία αντιδράσεων:
ΧΡ4> SN3ΑΥΤΌΣ > UPNO> UNSD> ΈΤΣΙ2
Αφομοίωση άνθρακα C1- οι ενώσεις από μεθανοτρόφους εμφανίζονται κυρίως στο επίπεδο της φορμαλδεΰδης και του διοξειδίου του άνθρακα. Αυτά τα βακτήρια έχουν δύο κυκλικές οδούς για την αφομοίωση του άνθρακα μεθανίου: μονοφωσφορική ριβουλόζη και οδούς σερίνης. Οι μεθανότροφοι είναι επίσης σε θέση να χρησιμοποιούν το CO ως πρόσθετη πηγή άνθρακα2 , και σε βακτήρια που χρησιμοποιούν την οδό σερίνης, αυτή η ικανότητα είναι πιο έντονη. Εκτός από το μεθάνιο και το διοξείδιο του άνθρακα, οι μεθανότροφοι είναι ικανοί να χρησιμοποιούν μεθανόλη.
Οι προαιρετικοί μεθανότροφοι, εκτός από το μεθάνιο και τα παράγωγά του, μπορούν να χρησιμοποιήσουν ενώσεις πολυάνθρακα ως πηγή άνθρακα και ενέργειας. Ωστόσο, η ικανότητά τους να αναπτύσσονται λόγω του μεθανίου δεν έχει αποδειχθεί αναμφισβήτητα.
Τα μεθυλοτροφικά βακτήρια χρησιμοποιούν μεθανόλη, καθώς και τα παράγωγά της (χωρίς δεσμούς C-C) ως κύρια πηγή άνθρακα. Τέτοια βακτήρια περιλαμβάνουν το Methylobacterium organophilum, εκπροσώπους του Hiphomicrobium [5, 8].
Τα βακτήρια που σχηματίζουν μεθάνιο χρησιμοποιούνται ως υπόστρωμα (εκτός από το CO2) μυρμηκικό, μεθανόλη και οξικό άλας. Το Formate μετατρέπεται για πρώτη φορά σε CO2 και υδρογόνο, και στη συνέχεια μόνο σε μεθάνιο. Η μεθανόλη είναι ένα καλό υπόστρωμα για το Methanosarcina barkeri και είναι ένας άμεσος πρόδρομος του μεθανίου. Το οξικό άλας είναι ένα από τα σημαντικότερα υποστρώματα για το σχηματισμό μεθανίου στα ιζήματα της λίμνης. Μετατρέπεται από Methanosarcina barkeri, Methanospirillum hungatii, και μερικά άλλα βακτήρια που παράγουν μεθάνιο σε μεθάνιο και CO2.
Αιθάνιο, προπάνιο, βουτάνιο και υδρογονάνθρακες που περιέχουν έως και οκτώ άτομα άνθρακα μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την ανάπτυξη σχετικά λίγων βακτηριακών ειδών (μυκοβακτήρια, φλαβοβακτήρια, Nocardia). Η χρήση υδρογονανθράκων μακράς αλυσίδας είναι ευρέως διαδεδομένη σε μικροοργανισμούς και τα n-αλκάνια με 10-18 άτομα άνθρακα χρησιμοποιούνται πολύ συχνά και με τεράστιο ρυθμό. Μεταξύ των βακτηρίων είναι Pseudomonas fluorescens, Mycobacterium smegmatis, Nocardia petroleophila, κλπ.
Αξίζει να σημειωθεί ότι η θρεπτική αξία των πηγών άνθρακα εξαρτάται από την κατάσταση οξείδωσης του ατόμου C στην ένωση. Για τους περισσότερους μικροοργανισμούς, οι καλύτερες πηγές άνθρακα είναι οργανικές ενώσεις που περιέχουν μερικώς οξειδωμένα άτομα άνθρακα. Οι ουσίες με μεγάλη ποσότητα πλήρως μειωμένων ανθράκων είναι πολύ λιγότερο αφομοιωμένες. Οι οργανικές ενώσεις που περιέχουν άνθρακα μόνο με τη μορφή καρβοξυλίου-COOH δεν αφομοιώνονται σχεδόν εντελώς.
Υπάρχουν ορισμένες αρωματικές ενώσεις που μετατρέπονται σε κατεχόλη και πρωτοκατεχολικό οξύ υπό την επίδραση βακτηρίων. Τα σχήματα 2 και 3 δείχνουν τις καταβολικές οδούς που οδηγούν στο σχηματισμό κατεχόλης και πρωτοκατεχολικού οξέος.
Σχήμα 1.2.2.2 - Ενώσεις που μπορούν να μετατραπούν σε κατεχόλη [5]
Σχήμα 1.2.2.3 - Αρωματικές και υδροαρωματικές ενώσεις που μπορούν να μετατραπούν σε πρωτοκατεχοϊκό οξύ [5]
Η κατεχόλη και το πρωτοκατεχοϊκό οξύ μπορούν να μεταβολιστούν με ορθοδιάσπαση και μεταδιάσπαση. Το τελικό προϊόν είναι ηλεκτρικό. Ο αρωματικός δακτύλιος σπάει από διοξυγενάσες. Ταυτόχρονα, το μοριακό οξυγόνο περιλαμβάνεται στο υπόστρωμα.
Ορισμένα βακτήρια είναι σε θέση να διασπάσουν πολυκυκλικούς υδρογονάνθρακες: ναφθαλίνη, ανθρακένιο και φαινανθρένιο. Εάν τα βακτήρια αναπτύσσονται σε ένα μέσο που περιέχει μία από αυτές τις ενώσεις, είναι συχνά δυνατό να παρατηρηθεί η απελευθέρωση σαλικυλικού οξέος στο υγρό καλλιέργειας. Υπό ευνοϊκές συνθήκες, ακόμη και η άσφαλτος αποσυντίθεται, αν και πολύ αργά. Στο έδαφος που κατοικείται από μικροοργανισμούς, ακόμη και ο γραφίτης οξειδώνεται [5, 11].
1.2.3 Υδατάνθρακες
Τα περισσότερα βακτήρια χρειάζονται υδατάνθρακες ως πηγή άνθρακα. Αυτοί οι τύποι βακτηρίων είναι οι πιο συνηθισμένοι. Οι υδατάνθρακες απορροφώνται με τη μορφή D-ισομερών, κάτι που είναι πολύ σημαντικό, καθώς λίγα βακτήρια έχουν ένζυμα (racemases) ικανά να μετατρέψουν ένα οπτικό ισομερές σε άλλο [7, 10].
Οι υδατάνθρακες χρησιμοποιούνται ως το κύριο υπόστρωμα από σχεδόν όλα τα ετερότροφα βακτήρια. Το πιο ευπροσάρμοστο υπόστρωμα για την καλλιέργεια βακτηρίων είναι η γλυκόζη. Η ικανότητα απορρόφησης διαφορετικών υδατανθράκων είναι ένα διαγνωστικό σημάδι. Υπάρχουν ειδικά μέσα με δείκτες για τον προσδιορισμό της κατανάλωσης ενός συγκεκριμένου υδατάνθρακα από έναν τύπο βακτηρίων [10, 12]. Οι υδατάνθρακες δεν αποτελούν μόνο πηγή άνθρακα για το κύτταρο, αλλά και πηγές ενέργειας. Τα βακτήρια οξειδώνουν τους υδατάνθρακες σε οργανικά οξέα ή CO2 για την παραγωγή ενέργειας · Οι υδατάνθρακες χρησιμοποιούνται επίσης ως δομικό υλικό. Για παράδειγμα, η Escherichia coli χρησιμοποιεί γλυκόζη τόσο για ενέργεια όσο και για την κατασκευή κυτταρικών θραυσμάτων (Εικ. 1) [13].
Σχήμα 1.2.3.1 - Σχήμα χρήσης γλυκόζης από κύτταρα E. coli [5]
Η γλυκόζη μεταφέρεται στο κύτταρο χρησιμοποιώντας το σύστημα φωσφοενολοπυροσταφυλικής γλυκόζης-φωσφοτρανσφεράσης. Περαιτέρω, η 6-φωσφορική γλυκόζη διασπάται κατά μήκος της οδού Embden-Meyerhoff-Parnassus προς το πυροσταφυλικό. Αυτή η οδός ανακαλύφθηκε για πρώτη φορά στους μυϊκούς ιστούς, ονομάζεται επίσης γλυκόλυση. Η γλυκόλυση είναι μια καθολική οδός καταβολισμού της γλυκόζης [5, 14].
Τα αναερόβια βακτήρια που μειώνουν το πυροσταφυλικό σε γαλακτικό μετά το στάδιο της γλυκόλυσης είναι βακτήρια γαλακτικού οξέος. Το γαλακτικό οξύ, που σχηματίζεται ως αποτέλεσμα της δραστηριότητάς τους, προκαλεί ξήρανση του γάλακτος. Η ζύμωση γαλακτικού οξέος προχωρά σε δύο διαδρομές: ομοζυμωτική και ετεροζυμωτική. Τα Bifidobacteria διασπούν τη γλυκόζη σύμφωνα με ένα ειδικό σχήμα.
Τα βακτήρια του γένους Zymomonas είναι ικανά να μετατρέψουν τη γλυκόζη σε αιθυλική αλκοόλη. Αλλά η μετατροπή της γλυκόζης σε πυροσταφυλικό ακολουθεί το μονοπάτι Entner-Dudorov. Sarcina ventriculi (αυστηρό αναερόβιο) και Erwinia amylovora (προαιρετικά αναερόβια εντεροβακτηριοειδή) ζυμώνουν γλυκόζη σε αιθανόλη και CO2 κατά μήκος της γλυκολυτικής οδού και επίσης σχηματίζουν υποπροϊόντα σε μικρές ποσότητες: οξικό, μοριακό υδρογόνο και γαλακτικό. [5, 14] Ορισμένα υποχρεωτικά αναερόβια σχηματίζουν βουτυρικό ως κύριο προϊόν ζύμωσης. περιλαμβάνουν εκπροσώπους τεσσάρων γενών: Clostridium, Butyrivibrio, Eubacterium, Fusobacterium. Όταν η διαδικασία ζύμωσης είναι στα μισά του δρόμου και το pH του μέσου έχει πέσει στο 4,5, σχηματίζονται νέα προϊόντα: ακετόνη και βουτανόλη.
Επίσης, κατά τη διάρκεια της ζύμωσης του προπιονικού οξέος και του ηλεκτρικού οξέος, από τη γλυκόζη σχηματίζονται προπιονικό, οξικό και CO2. Το προτιμώμενο υπόστρωμα για τα βακτήρια προπιονικού οξέος είναι το γαλακτικό. [5, 16]
Η φρουκτόζη χρησιμεύει επίσης ως καλό υπόστρωμα για πολλά βακτήρια. Όπως και στην περίπτωση της γλυκόζης, η είσοδος της φρουκτόζης στα κύτταρα παρέχεται από το σύστημα φωσφοενολοπυροσταφυλικής-φωσφοτρανσφεράσης. Ωστόσο, στην περίπτωση αυτή, σχηματίζεται φρουκτόζη-1-φωσφορική στο κύτταρο και όχι φρουκτόζη-6-φωσφορική. Η σύνθεση του ενζύμου 1-φωσφοφρουκτοκινάση επάγεται ειδικά από τη φρουκτόζη. Κατά τη ζύμωση της φρουκτόζης, σχηματίζεται γαλακτικό, οξικό και CO2. Το Leuconostoc mesenteroides ζυμώνει φρουκτόζη για να σχηματίσει μαννιτόλη [5].
Οι ετεροζυμωτικοί γαλακτοβάκιλλοι L. brevis και L. buchnery δεν μπορούν να αναπτυχθούν υπό αναερόβιες συνθήκες παρουσία γλυκόζης, αλλά μπορούν να αναπτυχθούν παρουσία φρουκτόζης [15].
Για τη χρήση λακτόζης, τα κύτταρα E. coli απαιτούν πρόσθετα ένζυμα, ο σχηματισμός των οποίων προκαλείται μόνο όταν υπάρχει λακτόζη στο μέσο. Επιπλέον, η επαγωγή συμβαίνει όταν η γλυκόζη εξαντλείται στο θρεπτικό μέσο. Η λακτοζωοπερμεάση μεταφέρει λακτόζη στο κύτταρο και η β-γαλακτοσιάδη την υδρολύει σε γαλακτόζη και γλυκόζη [5, 17].
Η σακχαρόζη μπορεί να χρησιμοποιηθεί από πολλά βακτήρια. Για παράδειγμα, τα βακτήρια γαλακτικού οξέος αναπτύσσονται σε θρεπτικά μέσα με σακχαρόζη και συνθέτουν εξωκυτταρικούς πολυσακχαρίτες από αυτό: δεξτράνη και λεβάν [15].
Η μαλτόζη μπορεί να χρησιμοποιηθεί από εκείνους τους οργανισμούς που χρησιμοποιούν επίσης γλυκόζη. Αλλά πρέπει να έχουν το ένζυμο μαλτάση για να διασπάσουν τη μαλτόζη έξω από το κύτταρο ή τις κατάλληλες permeases για φωσφορολυτική διάσπαση στο κύτταρο [11, 18].
Τα βακτήρια πεντόζης είναι σε θέση να χρησιμοποιήσουν την οδό pentosaphosphate. Κατά μήκος αυτής της διαδρομής, είναι δυνατή η μετατροπή φωσφορικών πεντόζης σε φωσφορικές εξόζη και αντίστροφα. Τα φωσφορικά άλατα πεντόζης είναι πρόδρομοι νουκλεοτιδίων και νουκλεϊνικών οξέων στο κύτταρο. Μεταξύ των πεντόζες, η πιο ευρέως καταναλισκόμενη ζάχαρη είναι η ξυλόζη [10, 11, 19].
Η ραφινόζη μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως υπόστρωμα από ανθρώπινα εντερικά βακτήρια (συμπεριλαμβανομένου του E. coli) και κατά τη διάρκεια της διαδικασίας διάσπασης, σχηματίζονται αέρια σε αρκετά μεγάλες ποσότητες: υδρογόνο, διοξείδιο του άνθρακα και μεθάνιο [20].
Τα βακτήρια είναι σε θέση να καταναλώνουν κυτταρίνη. Για να διασπάσουν τέτοια μεγάλα μόρια, τα βακτήρια εκκρίνουν πρώτα εξωένζυμα και υδρολύουν το υπόστρωμα έξω από το κύτταρο. Στο έδαφος, η κυτταρίνη αποσυντίθεται από αερόβια και αναερόβια βακτήρια. Σε τέτοια βακτηριακά είδη, τα κυτταριτικά ένζυμα κυριαρχούν στο σύνολο των ενζύμων, υδρολύοντας την κυτταρίνη σε γλυκόζη. Τα αερόβια βακτήρια εκκρίνουν πολλή βλέννα και ζουν κυρίως στο έδαφος. Υπό αναερόβιες συνθήκες, η κυτταρίνη διασπάται συχνότερα από μεσόφιλα και θερμόφιλα κλωστρίδια. Τα βακτήρια που ζουν στην κοιλία των μηρυκαστικών επεξεργάζονται τους πολυμερείς υδατάνθρακες της τροφής σε λιπαρά οξέα και αλκοόλες. Τα προϊόντα της αναερόβιας χώνευσης στο έδαφος είναι αιθανόλη, οξικό, μυρμηκικό και γαλακτικό οξύ, H2 και CO2.
Τα βακτήρια μπορούν να διασπάσουν το άμυλο με τρεις τρόπους: 1) φωσφορόλυση, 2) υδρόλυση και 3) τρανσγλυκοζυλίωση. Η φωσφορόλυση καταλύει το ένζυμο β-1,4-γλυκανοφωσφορυλάση, το οποίο διασπά ένα μόριο 1-φωσφορικής γλυκόζης κάθε φορά. Οι φωσφορυλάσες παίζουν καθοριστικό ρόλο στην κινητοποίηση των πολυσακχαριτών που συσσωρεύονται στα κύτταρα. Η υδρόλυση καταλύει αμυλάσες έξω από το κύτταρο. Πολλοί μικροοργανισμοί έχουν β-αμυλάση (ενδοαμυλάση) και αμυλο-1,6-γλυκοσιδάση. Εκτός από τη μαλτόζη, τα ολιγομερή που περιέχουν από 3 έως 7 υπολείμματα γλυκόζης είναι επίσης προϊόντα διάσπασης.
Τα βακτήρια που χρησιμοποιούν αυτές τις πηγές άνθρακα είναι εξειδικευμένα. Αναπτύσσονται σε μια συγκεκριμένη πηγή και έχουν εξειδικευμένες μεταβολικές οδούς για την πρόσληψή τους [9, 10].
1.2.2 Αρωματικές ενώσεις
Ένας αριθμός βακτηρίων είναι σε θέση να διασπάσει το γεντισικό οξύ (Εικ. 1), με αποτέλεσμα φουμαρικό και πυροσταφυλικό.
Η συντριπτική πλειοψηφία των μικροοργανισμών δεν είναι σε θέση να διασπάσει το άγαρ. Μόνο από το θαλασσινό νερό και τα φύκια έχουν απομονωθεί αρκετά είδη βακτηρίων που το υδρολύουν. Είδη ικανά να χωρίσουν άγαρ βρίσκονται στα γένη Cytophaga, Flavobacterium, Bacillus, Pseudomonas και Alcaligenes.
Η χιτίνη μπορεί να χρησιμοποιηθεί από πολλά βακτήρια εδάφους και υδρόβια βακτήρια. Επηρεάζουν τη χιτίνη με εξωένζυμα: χιτινάση και χιτοβίαση. Σε αυτή την περίπτωση, σχηματίζονται χιτοβιώσεις, χιτοτριόζες και Ν-ακετυλογλυκοζαμίνη.
Τα βακτήρια μπορούν επίσης να καταστρέψουν τη λιγνίνη. Ωστόσο, η αποσύνθεσή του είναι τόσο αργή που φαίνεται εντελώς ασήμαντη σε σύγκριση με άλλες μεταβολικές διεργασίες βακτηρίων. Καλλιέργειες αποθήκευσης Flavobacterium, Agrobacterium και Pseudomonas μπορούν να ληφθούν σε μερικώς αφομοιωμένα παρασκευάσματα λιγνίνης [11, 20, 21, 22, 23].
Η πηκτίνη μπορεί να διασπαστεί από βακτήρια. Αυτό απαιτεί πηκτολυτικά ένζυμα: εστεράσες και αποπολυμεράσες. Οι πηκτινεστεράσες διασπούν τους εστερικούς δεσμούς, με αποτέλεσμα την απελευθέρωση μεθανόλης και πολυγαλακτουρονικού οξέος, τα οποία διασπώνται με ειδικές υδρολάσες σε ολιγομερή και μονομερή D-γαλακτουρονικού οξέος, τα οποία ζυμώνονται με τον τύπο ζύμωσης βουτυρικού οξέος. Η πηκτίνη χρησιμοποιείται πιο ενεργά από τα βακτήρια Bac.macerans και Bac.polymyxa [11, 22].
Περίπου ένα εκατομμύριο ενώσεις άνθρακα είναι γνωστές. Οι προκαρυώτες είναι σε θέση να δράσουν σε οποιαδήποτε γνωστή ένωση άνθρακα, δηλαδή να τη χρησιμοποιήσουν στο μεταβολισμό τους. Είναι αυτή η ικανότητα που εξηγεί μια τόσο ευρεία κατανομή των βακτηρίων στη φύση [1].
3.2 Το διοξείδιο του άνθρακα ως πηγή οξυγόνου
ΜΕ2 που αναφέρονται παραπάνω ως πηγή άνθρακα για μικροοργανισμούς. Ως πηγή οξυγόνου, δεν είναι πρωταρχικής σημασίας, κυρίως για τους αναερόβιους οργανισμούς.
Το διοξείδιο του άνθρακα αφομοιώνεται από φωτοτροφικά βακτήρια μέσω του κύκλου αναγωγής πεντόζης-φωσφορικής ή του κύκλου αναγωγής του κιτρικού οξέος. Πολλά είδη είναι σε θέση να αναπτυχθούν ως χημειοαυτότροφοι ή χημειοοργανότροφοι. Αυτή η πηγή οξυγόνου χρησιμοποιείται από τα ανοξυγονικά φωτοτροφικά βακτήρια [33].