أكسدة مركبات الكبريت غير العضوية. أكسدة المادة العضوية - أساس الحياة

تفاعلات الحد من الأكسدة التي تشمل المواد العضوية ، أصنافها ، تعريف المنتجات

يمكن تقسيم كل IAD في المواد العضوية إلى 3 مجموعات:

الأكسدة الكاملة وحرق

أكسدة خفيفة

الأكسدة المدمرة

1. الأكسدة الكاملة وحرق. يمكن استخدام الأكسجين (المواد الأخرى التي تدعم الاحتراق ، مثل أكاسيد النيتروجين) ، وحمض النيتريك المركز وحمض الكبريتيك كمؤكسدات ، ويمكن استخدام الأملاح الصلبة ، عند تسخينها ، يتم تحرير الأكسجين (كلورات ، نترات ، برمنغنات ، إلخ) ، عوامل مؤكسدة أخرى (على سبيل المثال والنحاس (II) أكسيد. في هذه التفاعلات ، لوحظ تدمير جميع الروابط الكيميائية في المادة العضوية. منتجات أكسدة المواد العضوية هي ثاني أكسيد الكربون والماء.

2. أكسدة خفيفةفي هذه الحالة ، سلسلة الكربون لا تنكسر. تشمل الأكسدة الخفيفة أكسدة الكحوليات إلى الألدهيدات والكيتونات ، وأكسدة الألدهيدات إلى أحماض الكربوكسيل ، وأكسدة الألكينات إلى كحول ثنائي الهيدروجين (تفاعل فاغنر) ، وأكسدة الأسيتيلين إلى أكسالات البوتاسيوم ، والتولوين إلى حمض البنزويك. في هذه الحالات ، تستخدم المحاليل المخففة من برمنجنات البوتاسيوم ، ثاني كرومات البوتاسيوم ، حمض النتريك ، محلول الأمونيا من أكسيد الفضة ، أكسيد النحاس (II) ، هيدروكسيد النحاس (II) كعوامل مؤكسدة.

3. الأكسدة المدمرة. يحدث في ظروف أكثر قسوة من الأكسدة الخفيفة ، يرافقه تمزق بعض الروابط الكربون الكربون. كعوامل مؤكسدة ، يتم استخدام محاليل أكثر تركيزًا من برمنجنات البوتاسيوم وثاني كرومات البوتاسيوم عند تسخينها. قد تكون وسط هذه التفاعلات حمضية ومحايدة وقلوية. سوف تعتمد منتجات التفاعل على هذا.

تدمير (كسر سلسلة الكربون)يحدث في الألكينات والألكينات - على رابطة متعددة ، في مشتقات البنزين - بين ذرات الكربون الأولى والثانية ، إذا كنت تعول من حلقة ، في كحول ثلاثي - في ذرة تحتوي على مجموعة هيدروكسيل ، في الكيتونات - في ذرة مع مجموعة كربونات.

إذا أثناء التدميرإنكسر جزء يحتوي على ذرة كربون واحدة ، ثم يتأكسد إلى ثاني أكسيد الكربون (في وسط حمضي) ، بيكربونات و (أو) كربونات (في وسط محايد) ، كربونات (في وسط قلوي). يتم تحويل الأجزاء الطويلة إلى أحماض (في وسط حمضي) وأملاح هذه الأحماض (في وسط قلوي محايد). في بعض الحالات ، لا يتم الحصول على الأحماض ، ولكن الكيتونات (أثناء أكسدة الكحول العالي ، الجذور المتفرعة في متجانسات البنزين ، الكيتونات ، الألكينات).

تقدم المخططات التالية خيارات محتملة لأكسدة مشتقات البنزين في بيئة حمضية وقلوية. وأبرزت ألوان مختلفة ذرات الكربون المشاركة في عملية الأكسدة والاختزال. ويسمح لك تمييز الضوء بتتبع "مصير" كل ذرة كربون.

أكسدة مشتقات البنزين في بيئة حمضية

أكسدة  - هي عملية الارتداد الإلكتروني بواسطة ذرة أو جزيء أو أيون ، مصحوبة بزيادة في درجة الأكسدة. ولكن ، بعد هذا التعريف ، يمكن عزو العديد من التفاعلات العضوية إلى تفاعلات الأكسدة ، على سبيل المثال:

إزالة الهيدروجين من المركبات الأليفاتية مما يؤدي إلى تكوين روابط الكربون الكربون المزدوجة:

(درجة أكسدة ذرة الكربون ، التي يذهب منها الهيدروجين ، تتراوح من -2 إلى -1) ،

تفاعلات استبدال الألكان:

(تتغير حالة أكسدة ذرة الكربون من -4 إلى -3) ،

تفاعلات اقتران الهالوجين مع رابطة متعددة:

(تتغير درجة أكسدة ذرة الكربون من -1 إلى 0) والعديد من التفاعلات الأخرى.

على الرغم من أن هذه التفاعلات ترتبط رسميًا بتفاعلات الأكسدة ، إلا أنه في الكيمياء العضوية ، تقليديًا أكسدة  يتم تعريفه على أنه العملية التي ، نتيجة لتحويل مجموعة وظيفية ، ينتقل المركب من فئة واحدة إلى فئة أعلى:

حمض الكين ®الكحول ® الألدهيد (الكيتون) ® حمض الكربوكسيل.

تشتمل معظم تفاعلات الأكسدة على إدخال ذرة أكسجين في جزيء أو تكوين رابطة مزدوجة مع ذرة أكسجين موجودة بسبب فقدان ذرات الهيدروجين.

وأي نوع من المركبات قادر على إعطاء الأكسجين للمواد العضوية؟

العوامل المؤكسدة

لأكسدة المواد العضوية ، عادة ما تستخدم مركبات المعادن الانتقالية والأكسجين والأوزون والبيروكسيدات ومركبات الكبريت والسيلينيوم واليود والنيتروجين وغيرها.

من العوامل المؤكسدة القائمة على الفلزات الانتقالية ، يفضل استخدام مركبات الكروم (VI) والمنغنيز (VII) و (VI) و (IV).

أكثر مركبات الكروم (VI) شيوعًا هي محلول ثنائي كرومات البوتاسيوم K 2 Cr 2 O 7 في حامض الكبريتيك ، وهو محلول ثلاثي أكسيد الكروم CrO 3 في حمض الكبريتيك المخفف كاشف جونسون) ، وهو مركب من ثالث أكسيد الكروم مع بيريدين و الكاشف ساريتا  - مركب كرو 3 مع بيريدين و حمض الهيدروكلوريك (بيريدينيوم كلوروكرومات).

عندما تتأكسد المادة العضوية ، يتم تقليل الكروم (VI) في أي وسيط إلى الكروم (III) ، ومع ذلك ، فإن الأكسدة في الوسط القلوي في الكيمياء العضوية لا تجد تطبيقًا عمليًا.

تعرض برمنجنات البوتاسيوم KMnO 4 في بيئات مختلفة خصائص مؤكسدة مختلفة ، بينما تزداد قوة المؤكسد في البيئة الحمضية:

مانجانات البوتاسيوم K 2 MnO 4 وأكسيد المنغنيز (IV) MnO 2 لا تظهران خصائص مؤكسدة إلا في بيئة حمضية.

يشيع استخدام هيدروكسيد النحاس (II) في أكسدة الألدهيدات. يتم تنفيذ التفاعل بالتسخين ، وفي نفس الوقت يتحول هيدروكسيد النحاس الأزرق (II) أولاً إلى هيدروكسيد النحاس (I) بلون أصفر ، والذي يتحلل بعد ذلك إلى أكسيد النحاس الأحمر (I). يستخدم محلول الأمونيا لهيدروكسيد الفضة أيضًا كعامل مؤكسد للألدهيدات ( رد فعل المرآة الفضية)

1. تحديد درجة الأكسدة في المواد العضوية.

الطريقة الجبرية

في المواد العضوية يمكن تحديد درجة أكسدة العناصر. الطريقة الجبرية، اتضح معدل الأكسدة المتوسط. هذه الطريقة قابلة للتطبيق أكثر إذا اكتسبت كل ذرات الكربون من المادة العضوية في نهاية التفاعل نفس درجة الأكسدة (تفاعل الاحتراق أو الأكسدة الكاملة)

النظر فيما يلي:

مثال 1. Charring تركيز حامض الكبريتيك السكروز مع مزيد من الأكسدة:

C 12 H 22 O 11 + H 2 SO 4 ®CO 2 + H 2 O + SO 2

أوجد درجة أكسدة الكربون في السكروز: 0

في الميزان الإلكتروني ، ضع في اعتبارك جميع ذرات الكربون الـ 12:

12C 0 - 48 ه ® 12C +4 48 1

أكسدة

S +6 + 2 ه ®S +4 2 24

انتعاش

C 12 H 22 O 11 + 24 H 2 SO 4 ® 12CO 2 + 35H 2 O + 24 SO 2

في معظم الحالات ، لا تخضع جميع ذرات المادة العضوية للأكسدة ، ولكن لبعضها فقط. في هذه الحالة ، يتم إدخال الذرات التي تغير درجة الأكسدة فقط في توازن الإلكترون ، وبالتالي ، من الضروري معرفة درجة أكسدة كل ذرة.

2.طريقة بيانية:

1) يصور الصيغة الهيكلية الكاملة للمادة ؛

2) لكل رابط ، يشير السهم إلى إزاحة الإلكترون إلى العنصر الأكثر إلكترونيا.

3) جميع السندات C - C تعتبر غير قطبية ؛

يحول كربون مجموعة الكربوكسيل 3 إلكترونات من نفسه ، وحالة الأكسدة فيه هي +3 ، ويجتذب الكربون الميثيلي 3 إلكترونات من الهيدروجين ، وحالة الأكسدة فيه 3.

يعطي الكربون الموجود في مجموعة الألدهيد إلكترونين (+2) ويجذب إلكترونًا واحدًا لنفسه (- 1) ، للحصول على درجة كاملة من أكسدة الكربون في مجموعة الألدهيد +1. يجذب كربون الجذر جذري إلكترونين من الهيدروجين (-2) ويعطي إلكترونًا واحدًا للكلور (+1) ، للحصول على حالة أكسدة كاملة لهذا الكربون -1.

N С С С ≡ С Н

المهمة 1. تحديد متوسط ​​درجة أكسدة ذرات الكربون بالطريقة الجبرية ودرجة أكسدة كل ذرة كربون بالطريقة الرسومية في المركبات التالية:

1) 2 - أمينوبروبان 2) الجليسرين 3) 1،2 - ديكلورو بروبان 4) ألانين

ميثيل فينيل كيتون

يتم تنفيذ هذه العملية بشكل أساسي من قبل ثلاث مجموعات من الكائنات الحية الدقيقة: البكتيريا الضوئية (الأرجواني والأخضر) ، بكتيريا الكبريت نفسها ، البكتيريا الثيونية.

اكتشفت مؤخرًا أن بعض البكتيريا غيرية التغذية لك. المساريق ، أنت. الرقيقة ، الفطريات الخيطية ، الفطريات والخميرة قادرة أيضًا على أكسدة الكبريت في وجود المادة العضوية ، ولكن هذه العملية الجانبية بطيئة ، ولا يتم استخدام الطاقة المنبعثة أثناء الأكسدة.

البكتيريا الضوئي  - الكائنات الحية الدقيقة بدائية النواة والخضراء ، تعيش بشكل أساسي في المسطحات المائية وتنفذ "عملية التمثيل الضوئي اللاهوائي" بدون إطلاق الأكسجين الجزيئي. يتم دمج جميع البكتيريا الضوئية في محدد بيرجي في ترتيب رودوسبيريل على أساس قدرتها على التمثيل الضوئي اللاهوائي ؛ هناك نوعان من المناطق الفرعية: رودوسبيريليني - أرجواني (رودوباكتيريوم) ، كلوروبينيا - كلوروبكتريوم (البكتيريا الخضراء). إن معظم البكتيريا التي تُعد عملية التمثيل الضوئي عبارة عن اللاهوائية والفوتوفورات الصارمة ، على الرغم من وجود أنواع من البكتيريا ذات اللون الأرجواني والأخضر يمكن أن تنمو من غيري التغذية في الظلام بسبب التنفس. كمتبرع للهيدروجين أثناء عملية التمثيل الضوئي ، تستخدم البكتيريا مركبات الكبريت المخفضة والهيدروجين الجزيئي وبعض الأنواع - مركبات عضوية.

الأكثر مدروسة جيدا من ترتيب عائلة رودوكتريوم Chromatiaceae ، جنس Chromatium - البكتيريا الأرجواني الكبريت. ممثلي الأخيرة هي البيضاوي أو على شكل قضيب ، لديهم القدرة على الحركة بسبب السوط القطبي. أنها تلزم الكائنات الحية الدقيقة الضائرة اللاهوائية ، أكسدة كبريتيد الهيدروجين على التوالي إلى S 0 ثم إلى SO4 2-. في بعض الأحيان ، يتم ترسيب كريات الكبريت في خلاياها ، والتي تتحول تدريجياً إلى كبريتات تطلق إلى الخارج.

من بين بكتيريا الكبريت الخضراء ، يتم دراسة ممثلي جنس كلوروبوم جيدًا. هذه هي بشكل رئيسي على شكل قضبان وأشكال vibrioid ، مضروبة في الانقسام ، وتحيط بها في كثير من الأحيان كبسولات مخاطية ، اللاهوائية الصارمة وتلزم photolithotrophs. كثير منهم يجلب أكسدة الكبريت فقط إلى مرحلة الكبريت الحر. غالبًا ما يتم ترسيب الكبريت الأولي خارج الخلايا ، لكن الكبريت لا يتراكم في الخلايا نفسها.

توزع بكتيريا التمثيل الضوئي على نطاق واسع في المسطحات المائية. عادة ما تعيش في بيئة تحتوي على كبريتيد الهيدروجين (الأحواض ، البحيرات البحرية ، البحيرات ، إلخ) وتحافظ على تركيزها العالي. في التربة ، لا تلعب هذه البكتيريا دورًا مهمًا ، في حين أن نشاطها في الخزانات له أهمية كبيرة.

بكتيريا الكبريت  - فريق واسع من الكائنات الدقيقة عديمة اللون ، يتطور بوجود كبريتيد الهيدروجين ، ترسب قطرات الكبريت داخل الخلايا. أجريت الدراسات الأولى لهذه المجموعة من البكتيريا بواسطة S. N. Vinogradsky في 1887 ، 1888. بتطبيق طريقة الاستنبات الأصغر ، والتي تسمح بتغيير البيئة ومراقبة كائن حي لفترة طويلة ، وجد فينوجرادسكي أن الكبريت المترسبة في خلايا البيجياتوا (ممثل نموذجي لبكتيريا الكبريت) يتكون من كبريتيد الهيدروجين ويمكن أن يتأكسد بواسطة هذه الكائنات الحية الدقيقة إلى حمض الكبريتيك. في الوقت نفسه ، اقترح لأول مرة مفهوم وجود التخليق الكيميائي في البكتيريا (على وجه الخصوص ، في الخيطية) ؛ يمكن أن تنمو في غياب المركبات العضوية ، وعملية أكسدة الكبريت غير العضوي بمثابة مصدر للطاقة التنفس لهم. ومع ذلك ، فإن وجود ضمور كيميائي في معظم بكتيريا الكبريت عديم اللون لا يزال غير معقول ، لأنه من الممكن عزلها في الثقافة البحتة: على الرغم من نجاح الكائنات الحية الدقيقة ، فهي ليست متأكدة تمامًا من أن السلالات المعزولة لها نفس الفسيولوجيا. لا تزال السمة التي أعطاها S. N. Vinogradsky (1888) للميكروبات ثابتة كما هي في الوقت الحالي.

تمثل بكتيريا الكبريت عديمة اللون مجموعة غير متجانسة مع ميزة واحدة مشتركة - القدرة على إيداع الكبريت في الخلايا. تم تطوير علم اللاهوت النظامي لهذه الكائنات فقط لمستوى الجنس. ليس كل منهم يمكن اعتبار راسخة. يميز GA Zavarzin (1972) ، من خلال الخصائص المورفولوجية ، الأشكال بينها: خيطية ، وحيدة الخلية مع خلايا كبيرة ، وخلية واحدة مع خلايا أصغر.

تنتمي البكتيريا الخيطية إلى خمسة أجناس. الاكثر شهرة منهم Beggiatoa ، Thiothrix و Thioploca.

يتم تمثيل جنس Beggiatoa بالكائنات الخيطية عديمة اللون التي تشكل ثلاثية الألوان ، تشبه trichomes الطحالب في التركيب ، ولكن على عكس الأخيرة ، فإنها تحتوي على شوائب من الكبريت. لا تدوم الطبقات الثلاثية أبدًا في الطبقة السفلية ، ولديها حركة بسبب المخاط المتشكل وتوجد في المياه المستقرة التي تحتوي على نسبة منخفضة من كبريتيد الهيدروجين ، والتي تنتمي إلى الكائنات الدقيقة. على سطح الحمأة في المسطحات المائية ، في أماكن تراكمها ، فإنها تشكل بقع بيضاء كبيرة أو شبكة بيضاء حساسة. جميع الأنواع من هذا النوع تتأكسد كبريتيد الهيدروجين والكبريتيد إلى كبريت عنصري ، والذي يتم ترسبه داخل الخلايا ، وفي حالة عدم وجود كبريتيد الهيدروجين أو كبريتيد - في البيئة الخارجية. يتأكسد الكبريت المتراكم داخل الخلايا إلى حمض الكبريتيك ويطلق سراحه. عندما يتم دمجها مع المعادن ، تتشكل الكبريتات.

يتشابه ممثلو جنس Thiothrix في هيكله مع بكتيريا الكبريت من جنس Beggiatoa ، لكنهم يختلفون عن الأخير في أنهم يرتبطون بالركيزة باستخدام قرص مخاطي خاص ، يوجد عادة في مياه كبريتيد الهيدروجين سريعة التدفق. خيوطها تظهر سوداء بسبب التراكم الكبير للكبريت المودعة. Thiothrix يعطي تلاعبا أبيض على الأشياء تحت الماء في بيئة متنقلة. تم العثور على خصل ثيوبلوكا في العديد من المسطحات المائية ، في الطبقات العليا من الحمأة. تقع عموديا ، فهي تعبر آفاق الأكسدة والاختزال ، وتتحرك باستمرار لأعلى ولأسفل بينما ينتقل الماء إلى الأكسجين ، ثم إلى وسط كبريتيد الهيدروجين السفلي. في الكبسولة المخاطية السميكة ، المغطاة بالخارج بقطعة من المخلفات ، توجد خواص متداخلة (يمكن أن تكون من 1 إلى 20). تم عزل جراثيم الثيوبلوكا عن الحمأة البحرية الغنية بالكالسيوم وقلي المياه العذبة.

يتم تمثيل الجينات المميتة أحادية الخلية مع الخلايا الكبيرة بثلاثة أجناس: الأكروماتيوم ، الثيومولوم والماكرونيون: أحجام الخلايا في جميع الأنواع - 10-40 ميكرون ؛ ضرب القسمة أو الانقباض ؛ شكل الخلايا بيضاوية واسطوانية. بالإضافة إلى قطرات الكبريت ، تحتوي الخلايا غالبًا على كربونات الكالسيوم.

يتم دمج الأشكال أحادية الخلية مع خلايا صغيرة في جنسين: Thiospira و Thiobacterium. وقد Thiospira درس قليلا. جنس Thiobacterium يتضمن ثلاثة أنواع. هذه العصي الصغيرة الثابتة ، المحاطة بكبسولات مخاطية ، قادرة على تكوين حيواني ؛ لا تترسب الكبريت في الخلايا في جميع الأنواع.

بكتيريا الكبريت عديمة اللون - الكائنات الحية الدقيقة المائية النموذجية ، شائعة في المسطحات المائية ، حيث يتكون كبريتيد الهيدروجين على الأقل بشكل سيئ. جميعها من الكائنات الدقيقة ، حساسة للغاية لتركيز كبريتيد الهيدروجين: في وسط مشبع بكبريتيد الهيدروجين ، تموت بسرعة ، بتركيز أقل من 40 ملغم / لتر ، فإنها تتطور بشكل رائع.

يتم إنشاء الظروف المثلى لها في أنظمة غير متوازنة ، حيث يتراكم كبريتيد الهيدروجين ببطء وهناك قلوية أو قريبة من وسط التدفق المحايد. بين بكتيريا الكبريت عديم اللون هناك نمو جيد سواء في درجة حرارة منخفضة وفي درجة حرارة عالية - ما يصل إلى 50 درجة مئوية (في الينابيع الحرارية). يمكنهم تحمل تركيزات الملح العالية والتطور في الوحل الأسود لبحيرات الملح ، في محلول ملحي مشبع تقريبًا. أنها لا تزال الأكثر شيوعا في المياه العذبة.

يمكن العثور على تراكم الكتلة من بكتيريا الكبريت في الأحواض الموجودة على سطح الحمأة ، وبالتالي فإن كبريتيد الهيدروجين المنطلق في الحمأة يتأكسد ولا يسمم كتلة الماء. في حالة تلوث كتلة الماء بكبريتيد الهيدروجين ، يمكن للبكتيريا أن تشكل على عمق أو آخر ما يسمى بـ "صفيحة جرثومية" أو فيلم ، فوقه لا يوجد كبريتيد هيدروجين وما دونه - أكسجين. على سبيل المثال ، في البحر الأسود ، يقع هذا الفيلم على عمق 200 متر ويمنع دخول كبريتيد الهيدروجين فوق هذا المستوى. إن بكتيريا الكبريت التي تعيش عليها على حدود المناطق الهوائية واللاهوائية في حركة فوضوية متواصلة: النزول وراء كبريتيد الهيدروجين ، والصعود خلف الأكسجين. أنها أكسدة كبريتيد الهيدروجين إلى كبريت عنصري والحصول على الطاقة اللازمة لتوليف المواد العضوية. عن طريق التخليق الكيميائي ، بسبب أكسدة 25 غ من H 2 S / m 2 ، 8 جم s / m 2 في السنة يمكن استيعابها (سوروكين ، 1970). بعد الإقلاع ، يتم غمر الأجسام الميكروبية المخصبة بالكبريت الأولي في منطقة كبريتيد الهيدروجين ، حيث تصل جزئيًا إلى القاع ، حيث تتم مشاركة كبريتات الهيدروجين بمشاركة كبريتيد الهيدروجين مع مشاركة كبريتيد الهيدروجين. من المفترض أنه في سمك مياه البحر في الطبقة الحدودية (O 2 و H 2 S) ، يتم تنفيذ المرحلة الأولى من أكسدة كبريتيد الهيدروجين بالوسائل الكيميائية (Skopindev ، 1973).

غالبًا ما تتركز بكتيريا الكبريت بكميات كبيرة في مصادر كبريتيد الهيدروجين.

من المحتمل أن تكون مشاركة بكتيريا الكبريت في دورة الكبريت ضئيلة ، على الرغم من أن دورها في منع التسمم بكبريتيد الهيدروجين لطبقات المياه والتأثير على هجرة المعادن وترسبها يبدو مهمًا.

يتم إعطاء الدور الرئيسي في أكسدة الكبريت للبكتيريا thionic.

البكتيريا ثيونيك - مجموعة مورفولوجية وبيوكيميائية واحدة من الكائنات الحية الدقيقة الموجودة في التربة ، المسطحات المائية العذبة والمالحة ، رواسب الكبريت والصخور. تستقبل البكتيريا الأيونية الطاقة من خلال أكسدة مركبات الكبريت المعدنية المخفضة مثل كبريتيد الهيدروجين ، والكبريتيد ، والكبريتيت ، والثيوسلفات ، ورباعيونات ، وثيوسيانات ، وثانيونيت ، وكذلك الكبريت الجزيئي. يتم ترسيب الكبريت الناتج كمنتج وسيط خارج الخلايا. كمستقبل للإلكترون ، يستخدمون الأكسجين الحر ، وبعض الأنواع - الأكسجين النترات. وفقًا لنوع التغذية ، يمكن تقسيم البكتيريا thionic إلى مجموعات: autotrophs و mixotrophs و lithoterotrophs. معظم البكتيريا thionic هي الهوائية ، على الرغم من اللاهوائية الاختيارية معروفة ، مثل Th. denitrifisans. بناءً على الموائل ، يتصرفون بشكل مختلف: في ظل الظروف الهوائية ، ينفذون عملية بمشاركة الأكسجين الجزيئي ، في اللاهوائية يتحولون إلى نزع النتروجين ويخفض النيترات إلى نيتروجين جزيئي. أربعة أجناس من البكتيريا thionic معروفة: Thiobacillus - على شكل قضيب ، متحركة ؛ Thiomicrospira - دوامة ، المحمول. Thiodendron - microcolonies من الخلايا البيضاوية أو الملتوية حلزونية متصلة بواسطة سيقان أو خيوط متفرعة. Sulfolobus - مفصص ، مع انخفاض جدار الخلية. نظرًا لأن البكتيريا من جنس Thiobacillus ، والتي تنتشر على نطاق واسع في النظم الإيكولوجية الأرضية والمائية ، تنشط بشكل خاص في دورة الكبريت ، تتم دراستها بشكل أساسي.

فيما يتعلق بحموضة البيئة ، تنقسم الثيوبيلات إلى مجموعتين: تلك التي تنمو في ظروف محايدة أو قلوية (الرقم الهيدروجيني 6-9) وتلك التي تنمو في الظروف الحمضية (الحمضية الحمضية). بالنسبة للثيوباسيلس من المجموعة الأولى ، تكون قيمة الرقم الهيدروجيني المثلى في حدود 6-9 ؛ نوعه: T. thioparus ، T. denitrificans ، T. novellus ، T. thiocyanooxidans ، T. neapolitanus. انهم جميعا أكسدة كبريتيد الهيدروجين والكبريت وثيوسلفات. فكر في أكثر ممثلي هذه المجموعة درسًا.

T. thioparus هي بكتيريا ذاتية التغذية معزولة عن طريق Beyerink (1904) ، وتتطور عندما تكون الوسيط محايدة ، متحركة (تحتوي على سوط قطبي واحد) ، وتكون سلبية الجرام قادرة على أكسدة كبريتيد الهيدروجين ، أيون الهيدروسولفيد ، وكبريتيد الكالسيوم فقط. منتجات الأكسدة هي الكبريت ، polythionates (في المقام الأول tetrathionates) وحمض الكبريتيك. يمكن أن تتطور باعتبارها microaerophil وغير مستقر للغاية للحموضة.

وبالتالي ، يمكن أن يحدث تراكم الكبريت الأولي بسبب: أ) تقليل الكبريتات عن طريق إزالة البكتريا من البكتيريا ؛ ب) أكسدة كبريتيد الهيدروجين بواسطة بكتيريا ثيونيك. يتراكم الكبريت الأولي في الجزء الموحل من البحيرات المائلة للملوحة ويوجد في قاع بحر قزوين ، حيث يتشكل بسبب أكسدة كبريتيد الهيدروجين المنطلق من الطمي.

يرتبط تكوين العديد من رواسب الكبريت بالنشاط المؤكسد للبكتيريا الأيونية. تتزامن رواسب الكبريت الرسوبية جغرافياً مع الصخور الحاملة للجبس في العصر البرمي ، والطباشيري السفلي ، والباليوجين ، والنيوجين ، وتقع على طول حدود العناصر الجيولوجية الأرضية ، مرفوعة أو مغمورة. غالبًا ما يقتصر على الخطوط العريضة مع حقول النفط ، حيث تكون الصخور عادةً مجزأة ومشققة ، ويتم تدمير أقواس الخطوط المضادة ، مما يسهل تدفق كبريتيد الهيدروجين والمياه المشبعة إلى السطح. هنا في بيئة الأكسجين ، التي يسكنها بكتيريا ثيونيك بكثرة ، عملية أكسدة كبريتيد الهيدروجين مع تراكم الكبريت الأولي. هذه هي الرواسب في آسيا الوسطى: غورداك ، شورسو ، تلال الكبريت في كاراكوم.

يشبه T. thiocyanooxidans من نواحٍ كثيرة T. thioparus ، لكنه يختلف في أنه يتأكسد إلى جانب كبريتيد الهيدروجين والرودونيت. تم العثور على هذه البكتيريا (هابولد ، كاي ، 1934) ومعزولة في ثقافة نقية (هابولد ، جونستون ، روجرز ، 1954). من الناحية الشكلية ، T. thiocyanooxidans - العصي مع سوط قطبي واحد ، autotrophic ، الهوائية. بالنسبة لهم بيئة محايدة مواتية. وجود مادة عضوية بتركيز أكثر من 1 ٪ يمنع تطورها.

T. novellus هو كائن حيوي ، تم اكتشافه وعزله من تربة R. L. Starkey في عام 1934 ، ينمو بشكل سلبي للجرام ، ثابت ، على شكل قضبان ، بشكل جيد على الوسط العضوي ، لكن في ظل ظروف معينة يمكن أن ينتقل من نوع التغذية غير المتجانسة إلى نوع التغذية الذاتية.

إن بكتيريا thionic المهدئة هي عصية صغيرة غير قابلة للجدل ، اكتشفها لأول مرة Beierinck: (1904) في ظل الظروف اللاهوائية ، تعمل على أكسدة البيئة ومركباتها غير العضوية إلى الكبريتات ، وتقلل النترات في وقت واحد إلى النيتروجين الجزيئي.

في الظروف الهوائية ، لا يحدث تقليل النترات ، وتستخدم البكتيريا الأكسجين والهواء كعامل مؤكسد.

تتضمن مجموعة الكائنات الحية الدقيقة النامية في بيئة حمضية: T. ferrooxidans، T. intermedius، T. thiooxidans. تعد قيمة الرقم الهيدروجيني 2-4 مثالية بالنسبة لهم ، ولكنها يمكن أن تنمو عند درجة الحموضة من 0.5 إلى 7. لا ينمو النوعان الأوليان في درجة الحموضة\u003e 5: T. الثيوإكسيدانات هي الكائنات الحية الدقيقة الأكثر حمضية في الطبيعة ، حيث تحافظ على بقائها عند درجة حموضة تقارب 0 .

تم اكتشاف تي ثيوإكسيدانس - عصية سوطية ، متنقلة ، تشكل مخاط ، ذاتي التغذية ، عند دراسة تحلل الكبريت في التربة (واكسمان ، إيف ، 1922). قادر على أكسدة بعض مركبات الكبريت العضوية ، كما تم تأسيسها مؤخرًا. الركيزة الرئيسية المؤكسدة بواسطة هذا الكائن هو الكبريت الجزيئي وأحياناً الثيوسلفات ؛ في ظل الظروف الهوائية ، تذهب هذه العملية إلى مرحلة عزل حمض الكبريتيك. تستخدم طاقة الأكسدة لامتصاص ثاني أكسيد الكربون. لم يتم توضيح قدرة هذا النوع على أكسدة كبريتيد الهيدروجين والمركبات الأخرى أخيرًا ، لأن هذه المركبات غير مستقرة في بيئة حمضية.

البكتيريا المؤكسدة من الحديد ثيونيك T. ferrooxidans هي كائنات مثيرة للاهتمام للغاية ، فهي موصوفة ومعزولة من مياه منجم التصريف الحمضي (Coiner، Hinkle، 1947) ، عصا صغيرة مع سارية قطبية ، متحركة ، لا تشكل بوغًا ، ولا تلطخ بواسطة البرام ، ولا تتكاثر بالقسمة ، الرقم الهيدروجيني 1.7-3.5 - على النحو الأمثل ، الهوائية. وتحتل مكانة خاصة بين البكتيريا ، لأن القدرة على النمو الذاتي لا تنتج فقط عن الطاقة الناتجة عن أكسدة مركبات الكبريت ، ولكن أيضًا عن أكسيد الحديد المنطلق أثناء أكسدة الأكسيد. منذ الأيون Fe 2+ في درجة الحموضة<4 в стерильной среде устойчив против окисления кислородом воздуха, то Т. ferrooxidans можно было бы отнести к железобактериям, среди которых организм занимает определенную экологическую нишу, но по таксономическим признакам он ближе к тионовым бактериям, особенно Т. thiooxidans. Источник энергии для этого организма - окисление пирита, марказита, пирротина, антимонита и других сульфидов; остальные тиобактерии обладают меньшей способностью окислять нерастворимые в воде сульфиды тяжелых металлов. Окисление Fe 2+ этим организмом - сложный, до конца не выясненный процесс. Установлено, что окисление 1 г/ат Fe 2 + до трехвалентного при pH 1,5 дает энергию - 11,3 ккал и при этом выделяется теплота - 10 ккал/моль (Медведева, 1980).

يتميز T. ferrooxidans بمقاومة عالية لتركيزات المعادن الثقيلة: فهو يقاوم محلول 5 ٪ من كبريتات النحاس ، وتركيز Cu من 2 جم / لتر أو زرنيخ 1 جم / لتر ، ويتطور مع جرعات صغيرة من النيتروجين والفوسفور وتهوية خفيفة ، وبالتالي فإنه يعيش في المنطقة أكسدة رواسب الكبريتيد. لا يتشكل الحديد المؤكسد في أي بيئة حمضية من أي تكوينات ، وخلايا البكتيريا خالية دائمًا تقريبًا. البكتيريا تتأكسد عنصر الكبريت ، الكبريتيدات ، الثيوكبريتات ، التيتراثيونيت ، الهيدروسولفيد. في رواسب الكبريتيد ، تقوم بأداء وظيفة مزدوجة: إنها تتأكسد كبريتات الكبريتات إلى حمض الكبريتيك ، والذي بدوره يذوب هيدروكسيدات الحديد ، وتتشكل كبريتات أكسيد الحديد ، وهذا الأخير ، الذي يتفاعل مع الكبريتيدات ، يساهم (بسبب تخفيض الحديد) في الأكسدة الكيميائية للكبريت ثنائي التكافؤ يصل إلى سداسي التكافؤ.

يمكن لعدد من البكتيريا الأيونية أكسدة المعادن المختلفة للكبريتيد (Cu، Zn، Pb، Ni، Co، As) ، والمشاركة في التغيير في حالات التكافؤ في اليورانيوم والفاناديوم ، وتحمل تركيزات عالية من المعادن ، تتطور في محلول من كبريتات النحاس بتركيز يصل إلى 6٪. حجم نشاط هذه الكائنات مثير للإعجاب. لذلك ، في يوم واحد ، تمت إزالة 6115 كجم من النحاس و 1706 كجم من الزنك من رواسب Degtyarskoe (Kravaiko et al. ، 1967). تم العثور على العديد من البكتيريا على المعادن الخام وتتلقى ، بسبب أكسدة ، الطاقة اللازمة لاستيعاب ثاني أكسيد الكربون. توجد بكتيريا ثيونيك ، التي تُنسب إلى جنس T. ferrooxidans ، في جميع رواسب الأنتيمون. أنها أكسدة الأنتيمونيت في الظروف الحمضية للبيئة (في وجود البايرايت). في ظل ظروف محايدة وضعيفة القلوية ، قد تسرع البكتيريا الأخرى ، T. denitrificans ، أكسدة الأنتيمونيت. في المرحلة الأولى ، يحدث أكسدة الكبريت في الأنتيمونيت تحت تأثير T. ferrooxidans أو thiobacilli الأخرى ؛ سلفات الأنتيمون غير مستقرة ويتحلل Sb 2 ؛ يتم تشكيل بيروكسيد الأنتيمون ، وهو مادة السمرمونيت المعدنية. يحدث أكسدة الأنتيمون الثلاثي التكافؤ لأكسيدات أعلى من Sb 5+ عند التعرض للكائنات الحية الدقيقة ذاتية التغذية Stibiobacter senarmontii ، والتي تكون البيئة المحايدة فيها أكثر ملائمة. تشيبوسينثيزينج الكائنات الحية الدقيقة المؤكسدة senarmonite - Stibiobacter gen. نوفمبر.: المعدنية لمجموعة stibiconite (Lyalikova ، 1972).

تنتشر البكتيريا غير المتجانسة في رواسب الركام ، ولا يزال النشاط الجيوكيميائي فيها خاضعًا للدراسة الرديئة. ومع ذلك ، فقد ثبت أن بعض (Pseudomonas denitrificans، P. fluorescens) ، معزولة عن خامات الكبريتيد ، تتأكسد. ما إذا كان يمكن استخدام طاقة الأكسدة لمركبات الكبريت المخفضة لا يزال غير واضح. من الواضح أن نشاطها يرتبط بتكوين الأحماض العضوية التي يمكن أن تتحلل المعادن.

لذلك ، في منطقة الأكسدة في رواسب الكبريتيد ، تنشأ بيئة للكبريتات ، ويتم استبدال الكبريتات بالكبريتات ، ويكون التجوية حمضية ، وتدمير المعادن في الصخور الحاملة للخام في وقت واحد ، ويتم استبدالها بمعادن ثانوية - الجاروسيت ، الجيثيت ، الزوايا ، antlerite ، الدنتيت ، إلخ. يتم تشكيل مقياس أكاسيد الحديد من قبل ما يسمى "قبعة الحديد". إذا كانت صخور المضيف عبارة عن كربونات ، فعندما تتعرض لحمض الكبريتيك ، تتشكل كمية كبيرة من الجبس ، يتم تحييد حمض الكبريتيك. إذا كانت الصخور غير كربونية ، فإن مياه الكبريتات العدوانية تزيل المعادن القلوية والأرضية القلوية والمعادن الثقيلة لمجموعة الحديد وغيرها من طبقات المياه الجوفية في شكل كبريتات ؛ تتشكل المناطق المبيضة ، حيث تبقى معادن حامض الكبريتيك الأكثر ثباتًا ، والكوارتز ، والكاولينيت من المعادن الثانوية.

عند الخروج إلى السطح في شكل مصادر ، تتسبب المياه الحمضية ، المخصبة بكبريتات النحاس والزنك والكوبالت والحديد والألمنيوم والنيكل وعناصر أخرى ، في تكوين صوانيك حمضية (ثيونية). في مستنقعات ملح مشابهة بالقرب من أحد رواسب الكبريتيد النحاسية في جبال الأورال الجنوبية ، ظهرت بستان بتولا بين السهوب الجاف.

تنتشر التربة الشبانية الحمضية (ثيونية) على سواحل البحر في المستنقعات ، في منطقة Deltas الساحلية الجافة ، والتي ترتبط بأكسدة hydrotroillite و pyrite ، والتي تشكلت في الماضي نتيجة لاستعادة كبريتات مياه البحر ذات المحتوى المائي العالي للإقليم وهيمنة نظام الترميم. يقترن أكسدة الكبريتيد مع البكتيريا ثيونيك بتكوين حمض الكبريتيك ، واستبدال كربونات الكالسيوم بالجبس ، وخلط أكاسيد الألمنيوم والحديد بتكوين الشب: Al 2 (SO 4) 3 ، Fe 2 (SO 4) 3. تتشكل تربة الشب الحمضية الحمضية في خطوط العرض المعتدلة على سواحل الأراضي المنخفضة في السويد وفنلندا (خليج بوثنيا) ، على أعمدة ومسيرات هولندا ، فهي ليست غير شائعة في دلتا الأنهار شبه المدارية والمدارية ، الموجودة في دلتا موراي ، في جنوب شرق آسيا ، أمريكا الجنوبية ، حيث لها أسماء محلية ، على سبيل المثال: "poto-poto" ، "katclay" ، إلخ.

يتميز التجاعيد بحمض الكبريتيك بخاصية رواسب الكبريت الناشئة على السطح ، والتي تتشكل حولها منطقة من الصخور البيضاء المشرقة ، وتتشكل مياه "فيتريول" حمضية تحتوي على نسبة عالية من الكبريتات الحديدية. عندما تختلط هذه المياه بالمياه العذبة ، تترسب رواسب صدئة من هيدرات أكسيد الحديد (الليمونيت) ، مما يؤدي إلى تأطير منطقة تآكل حامض الكبريتيك.

أثناء تطوير خامات الكبريتيد والفحم الكبريتي ، تتأكسد الكبريتيدات المستخرجة إلى السطح ؛ تتشكل مياه المنجم الحمضية التي تتطور فيها البكتيريا الثيونية. هذه المياه عدوانية للغاية ، تآكل المعدات المعدنية. ويلاحظ وجود مياه حمضية ذات درجة حموضة تتراوح بين 1.5 و 2.0 من مكب النفايات ، وأكوام الفحم المحتوية على الكبريتيدات المتناثرة ، وتموت النباتات تحت تأثيرها ، والتحمض الحاد وتدهور التربة. لتوطين هذه التدفقات وتحييدها ، يتم وضع حواجز جيرية خاصة في طريقها ، ويتم تنفيذ الحد من التربة الملوثة بالمياه الحمضية.

تجزئة نظائر الكبريت. يتم توزيع أربعة نظائر مستقرة للكبريت في قشرة الأرض. نسبة نظائر الكبريت في الأجسام الطبيعية المختلفة ليست هي نفسها. كمعيار ، يتم قبول النسبة S 32 و S 34 في نيازك الكبريتيد ، حيث تبلغ 22.21.

هناك ميل لاستنفاد النظير الثقيل لمركبات الكبريت الطبيعية التي تشكلت بمشاركة الكائنات الحية الدقيقة ، وهذه هي كبريتيد من أصل رسوبي وكبريتيد الهيدروجين الحيوي. الكبريتيدات من الصخور النارية والكبريتات التبخرية ، على العكس من ذلك ، يتم تخصيبها بالنسبة للمعيار بنظير خفيف من الكبريت.

إذا وجدت خطأً ، فيرجى تمييز جزء من النص والنقر Ctrl + Enter.

أكسدة المادة العضوية - أساس الحياة

تخضع المادة العضوية والطاقة التي تحتويها ، والتي تتشكل في خلايا أي كائن حي في عملية الاستيعاب ، لعملية عكسية - تشويه. عندما يتم إطلاق عملية إزالة الشعر ، يتم إطلاق الطاقة الكيميائية في الجسم إلى أشكال مختلفة من الطاقة - الميكانيكية والحرارية ، وما إلى ذلك. الطاقة التي يتم إطلاقها أثناء عملية إزالة الشعر هي نفس الأساس المادي الذي ينفذ جميع عمليات الحياة - توليف المواد العضوية ، والتنظيم الذاتي للجسم ، ونموه وتطوره. ، التكاثر ، ردود فعل الجسم للتأثيرات الخارجية وغيرها من مظاهر الحياة.

يتم التمييع أو الأكسدة في الكائنات الحية بطريقتين. في معظم النباتات والحيوانات والبشر والكائنات الأولية ، يحدث أكسدة المواد العضوية بمشاركة الأكسجين الجوي. وتسمى هذه العملية "التنفس" ، أو الهوائية (من اللاتينية. الهواء) العملية. في بعض مجموعات النباتات القادرة على الوجود دون الهواء ، تحدث الأكسدة بدون أكسجين ، أي لا هوائية ، ويسمى التخمير. النظر في كل من هذه العمليات بشكل منفصل.

مفهوم "التنفس" يعني في الأصل فقط استنشاق وزفير الهواء من الرئتين. بعد ذلك ، أطلق على تبادل الغازات بين الخلية وبيئتها "التنفس" - استهلاك الأكسجين وإطلاق ثاني أكسيد الكربون. أظهرت دراسات متعمقة أخرى أن التنفس عملية معقدة متعددة الخطوات للغاية تحدث في كل خلية من الكائنات الحية مع مشاركة إلزامية من المحفزات البيولوجية - الإنزيمات.

يجب معالجة المادة العضوية ، قبل أن تتحول إلى "وقود" يعطي الطاقة للخلية وللجسم ككل ، بشكل صحيح بالأنزيمات. يتكون هذا العلاج من انهيار جزيئات كبيرة من البوليمرات الحيوية - البروتينات والدهون والسكريات (النشا والجليكوجين) - في المونومرات. وبالتالي ، يتم تحقيق تعميم معين للمواد المغذية.

وبالتالي ، فبدلاً من مئات البوليمرات المختلفة ، مثل الطعام ، يتم تشكيل عشرات المونومرات - الأحماض الأمينية والأحماض الدهنية والجلسرين والجلوكوز - في أمعاء الحيوانات ، والتي يتم تسليمها بعد ذلك إلى خلايا الأنسجة الحيوانية والبشرية من خلال مسارات الدم والليمفاوية. الخلايا هي تعميم هذه المواد. تتحول جميع المونومرات إلى جزيئات حمض كربوكسيل أبسط من سلسلة الكربون تحتوي على ذرات إلى ست ذرات. إذا كان هناك عشرات المونومرات ، عشرون منها عبارة عن أحماض أمينية ، فهناك عشرة أحماض كربوكسيلية فقط. لذلك يتم فقدان خصوصية المواد الغذائية في النهاية.

لكن الأحماض الكربوكسيلية ليست سوى سلائف للمادة ، والتي يمكن تسميتها "الوقود البيولوجي". هم أنفسهم لا يمكن استخدامها بعد في عمليات الطاقة للخلية. المرحلة التالية من التعميم هي إزالة الهيدروجين من الأحماض الكربوكسيلية. هذا ينتج ثاني أكسيد الكربون (CO 2) ، والذي يزفره الجسم. تحتوي ذرة الهيدروجين على إلكترون وبروتون. بالنسبة إلى طاقة الخلية والكائن الحي ككل (الطاقة الحيوية) ، فإن دور هذه الأجزاء المكونة للذرة بعيد عن أن يكون مكافئًا. الطاقة الموجودة في النواة الذرية ليست متاحة للخلية. يرافق تحويل الإلكترون في ذرة الهيدروجين إطلاق الطاقة ، والذي يستخدم في عمليات الحياة للخلية. لذلك ، ينهي إطلاق الإلكترون المرحلة الأخيرة من تعميم الوقود الحيوي. خلال هذه الفترة ، لا يهم خصوصية المواد العضوية ومكوناتها وأحماض الكربوكسيل ، لأن جميعها تؤدي في النهاية إلى تكوين حاملة للطاقة - إلكترون.

الإلكترون متحمس يجمع مع الأكسجين. بعد تلقي إلكترونين ، يتم شحن الأكسجين سلبًا ، ويضيف بروتونين ويشكل الماء. هذا هو فعل التنفس الخلوي.

تحدث أكسدة المواد العضوية في الخلايا في الميتوكوندريا ، والتي ، كما لوحظ سابقًا في الكتيب السابق ، تلعب دور دينامو يحول طاقة احتراق الكربوهيدرات والدهون إلى طاقة ثلاثي فوسفات الأدينوزين (ATP).

الأكسدة في الجسم هي في المقام الأول الكربوهيدرات. يمكن التعبير عن العمليات الأولية والنهائية لأكسدة الكربوهيدرات بالصيغة التالية: C 6 H 12 O 6 + 6O 2 = 6СO 2 + 6H 2 O + energy.

في الكائنات الحية النباتية والحيوانية ، تكون عملية التنفس هي نفسها بشكل أساسي: معناه البيولوجي في كلتا الحالتين يتكون في تلقي الطاقة من كل خلية نتيجة لأكسدة المواد العضوية. يتم استخدام ATP المشكلة في هذه العملية كمراكم للطاقة. في هذه البطارية يتم تجديد الحاجة إلى الطاقة ، بغض النظر عن مكان وجودها في خلايا أي كائن حي.

في عملية التنفس ، تستهلك النباتات الأكسجين بنفس الطريقة تمامًا مثل الحيوانات ، وتطلق ثاني أكسيد الكربون. في كل من الحيوانات والنباتات ، والتنفس مستمر ليلا ونهارا. توقف التنفس ، على سبيل المثال ، عن طريق إيقاف الوصول إلى الأكسجين ، يؤدي حتما إلى الموت ، حيث لا يمكن الحفاظ على النشاط الحيوي للخلايا دون الاستخدام المستمر للطاقة. في جميع الحيوانات ، باستثناء صغير المجهري ، لا يمكن للأكسجين بكميات كافية مباشرة في خلايا وأنسجة الهواء. في هذه الحالات ، يتم تبادل الغاز مع البيئة باستخدام أعضاء خاصة (القصبة الهوائية ، الخياشيم والرئتين). في الفقاريات ، يتم توفير الأكسجين لكل خلية على حدة من خلال الدم ويتم توفيره من خلال عمل القلب والجهاز الدوري بأكمله. منعنا تعقيد تبادل الغازات في الحيوانات لفترة طويلة من اكتشاف الجوهر الحقيقي وأهمية تنفس الأنسجة. لقد بذل العلماء في قرننا الكثير من الجهد لإثبات أن الأكسدة تحدث ليس في الرئتين وليس في الدم ، ولكن في كل خلية حية.

في الكائن الحي النباتي ، آليات تبادل الغاز أبسط بكثير من الحيوانات. يخترق الأكسجين الموجود في الهواء كل ورقة من النباتات من خلال فتحات خاصة - الثغور. يتم تبادل الغازات في النباتات على كامل سطح الجسم ويرتبط بحركة الماء عبر حزم الأوعية الدموية.

الكائنات التي تحدث أكسدة بسبب الأكسجين الحر (في الغلاف الجوي أو المذاب في الماء) تسمى ، كما سبق ذكره أعلاه ، الهوائية. هذا النوع من التبادل هو سمة الغالبية العظمى من النباتات والحيوانات.

جميع الكائنات الحية على الأرض في عملية التنفس سنويا أكسدة مليارات الأطنان من المواد العضوية. في نفس الوقت يتم إطلاق كمية هائلة من الطاقة ، والتي تستخدم في جميع مظاهر الحياة.

أظهر العلماء الفرنسيون ل. باستور في القرن الماضي إمكانية تطور بعض الكائنات الحية الدقيقة في بيئة خالية من الأكسجين ، أي "الحياة بدون هواء". يطلق على أكسدة المواد العضوية بدون الأكسجين التخمير ، والكائنات الحية القادرة على الحياة النشطة في بيئة خالية من الأكسجين تسمى اللاهوائية. وبالتالي ، فإن التخمير هو شكل من أشكال الاختلاط في نوع التبادل اللاهوائي.

أثناء التخمير ، على عكس التنفس ، لا تتأكسد المواد العضوية إلى المنتجات النهائية (CO 2 و H 2 O) ، ولكن يتم تشكيل المركبات الوسيطة. لا يتم إطلاق الطاقة الموجودة في المواد العضوية ، ويبقى جزء منها في مواد التخمير الوسيطة.

يتم التخمير ، مثل التنفس ، من خلال سلسلة من التفاعلات الكيميائية المعقدة. على سبيل المثال ، يتم تمثيل النتائج النهائية للتخمير الكحولي بالصيغة التالية: C 6 H 12 O 6 = 2CO 2 + 2C 2 H 5 OH + 25 kcal / g mol.

نتيجة للتخمير الكحولي ، يتكون منتج الأكسدة الجزئي - كحول الإيثيل - من السكر (الجلوكوز) ولا يتم إطلاق سوى جزء صغير من الطاقة الموجودة في الكربوهيدرات.

مثال على الكائنات اللاهوائية يمكن أن يكون بمثابة فطريات الخميرة ، التي تتلقى الطاقة مدى الحياة ، واستيعاب الكربوهيدرات وتعريضهم للتخمير الكحولية في عملية التشوه. تحلل العديد من الكائنات الحية الدقيقة اللاهوائية الكربوهيدرات إلى حمض اللبنيك والزبدي وحمض الخليك ومنتجات أخرى من الأكسدة غير الكاملة. يمكن أن تستخدم بعض أنواع البكتيريا كمصدر للطاقة ليس فقط السكريات والأحماض الأمينية والدهون ، ولكن أيضًا منتجات إفراز الحيوانات ، مثل اليوريا وحمض اليوريك ، الموجودة في البول ، والمواد التي تشكل البراز. حتى البنسلين ، الذي يقتل الكثير من البكتيريا ، يستخدم من قبل نوع واحد من البكتيريا كمغذيات.

وبالتالي ، في عملية تصنيع المركبات العضوية ، يبدو الأمر كما لو أنها "محفوظة" فيها أو تخزن طاقة الروابط الكيميائية التي تنفق على تخليقها. يتم إطلاقه مرة أخرى أثناء العملية العكسية لتحلل المواد العضوية. من حيث الطاقة ، الكائنات الحية ، كما سبق ذكره ، أنظمة مفتوحة. هذا يعني أنهم بحاجة إلى طاقة من الخارج بشكل يسمح باستخدامه لأداء عمل يرتبط ارتباطًا وثيقًا بمظاهر الحياة ، وإطلاق نفس الطاقة في البيئة ، ولكن في شكل ضعيف ، على سبيل المثال ، في شكل حرارة ، والتي تتبدد في البيئة. بسبب العمليات المستمرة للتوليف والانحلال والاستيعاب والتشوه في الكائنات الحية ، هناك دوران مستمر للمواد وتحول الطاقة. ما هي كمية الطاقة التي تم امتصاصها ، حيث يتم إطلاق جزء كبير منها أثناء إزالة الروائح. إن الطاقة المنبعثة خلال عملية الاختزال تنفذ عمليات تميز جوهر الحياة وكل مظاهرها.

<<< Назад

إلى الأمام \u003e\u003e\u003e