ы, содержат хлорофилл и, следовательно, осуществляют фотосинтез. Суммарную реакцию фотосинтеза можно записать так:

6СОа + 6HsO + солнечная -+ C,HiaO« + 60,. энергия

В процессе фотосинтеза получается не только глюкоза, но и другие вещества очень сложного состава, образующие протоплазму. Баланс фотосинтеза протоплазмы можно выразить следующим уравнением:

5447000 кДж + 106СО2 + 90HsO + 16N07 + РО|~ +

4- минеральные -> 3258 г протоплазмы + 1540г -f 5392530 кДж. вещества

Указанное количество протоплазмы содержит 106 грамм-атомов углерода, 108 грамм-атомов водорода, 48 грамм-атомов кислорода, 16 грамм-атомов азота, 1 грамм-атом фосфора, 815 г минеральных веществ.

С помощью меченых атомов доказано, что освобожденный в процессе фотосинтеза кислород образуется не из углекислого газа, как полагали раньше, а из воды, в результате фотолиза. Водород, который одновременно образуется при фотолизе, имеет очень большое энергетическое значение, так как стимулирует превращение особого энергопереносящего вещества — аденозин-дифосфата (АДФ) в энергетически более богатое соединение — аденозинтрифосфат (АТФ). В упрощенном виде энергетические процессы фотосинтеза можно изобразить следующим образом:

хлоропласты

Ehv + 6Н20 >- 302 + 6На;

митохондрии

п АДФ + 2Н2 + 02 *? п АТФ -(- 2Н20;

или их аналоги

[С (Н,0)]„ + НаО + я АДФ.

3) синтез биомассы

2На + СОа + п АТФ

Как видно из этих реакций, фотосинтез происходит при участии клеточных органоидов — хлоропластов, где находится хлорофилл, и митохондрий.

Обратный фотосинтезу процесс, который связан с окислением органических веществ, также происходит в митохондриях. При окислении глюкозы образуется углекислый газ, вода и высвобождается энергия.

Первичным источником энергии для биологических процессов является Солнце. Каждую секунду Солнце излучает такое количество энергии, которое эквивалентно примерно 4 млн. т массы. Эта энергия возникает при превращении ядер водородных атомов — протонов в ядра гелия в ходе ядерных реакций, протекающих на Солнце. Чтобы представить количество излучаемой Солнцем энергии, необходимо помнить, что при самом мощном термоядерном взрыве в энергию превращается примерно 1 кг" массы. Таким образом, ежеминутно Солнце излучает энергию, равную энергии 4 млрд. ядерных взрывов.

Часть солнечной энергии доходит до Земли в виде фотонов света (квантов) — дискретной электромагнитной энергии. Только 0,1—1,0% этой энергии используют фотосинтезирующие организмы. В течение года даже из этого количества усвоенной энергии в процессе фотосинтеза образуется 164 млрд. т органической массы. Аккумулированная в органических веществах энергия широко используется в микробиологическом биосинтезе. В него, естественно, включаются и другие виды энергии, которые используют предприятия микробиологической промышленности (электричество, топливо). Человек употребляет в пищу главным образом органическую массу, полученную в сельскохозяйственном производстве, которая составляет 5% всей продукции фотосинтеза. Огромные богатства органических веществ содержат леса. Их продукция рассматривается как перспективное сырье для микробиологической промышленности.

В природе встречаются хемосинтезирующие микроорганизмы, которые способны синтезировать органические соединения из СОг без помощи хлорофилла и без прямого использования солнечной энергии. Энергию, необходимую для синтеза, они получают, окисляя минеральные вещества. К хемосинтезирующим микроорганизмам относятся нитрифицирующие бактерии, которые, окисляя аммиак до азотистой кислоты, высвобождают необходимую для синтеза энергию:

1) 2NH3 -f 20ц -* 2HNOa + 2Н2 + энергия;

2) С02 + 2На -f энергия -» (СН20) + Н80.

К хемосинтетикам относятся и водородные бактерии, получающие энергию в процессе окисления молекулярного водорода:

6На + 202 + С02 -* (СН20) + 5Н20.

Водородные бактерии, культивируемые в питательной среде, которая содержит минеральные вещества и смесь газов Нг, Ог и С02, дают богатую белками микробную массу. Так как Нг и О2 можно получить электролизом из воды, то пригодную для целей питания и животноводства органическую массу можно получать из минеральных веществ, воды, воздуха и электроэнергии.

Микроорганизмы, которые способны сами синтезировать органические вещества из СОг в процессе хемо- или фотосинтеза, называют автотрофными, а микроорганизмы, для существования которых необходимы уже готовые органические вещества,— гетеротрофными. В круговороте углерода в природе принимают участие как авто-, так и гетеротрофные организмы, причем существует определенное равновесие между фиксирующими СОг фотосинтезирующими организмами (главным образом растениями) и микроорганизмами, разрушающими органические соединения. Установлено, что ежегодно в процессе фотосинтеза из атмосферы потребляется примерно 60 млрд. т С02 и такое же количество С02 ежегодно образуется в процессах микробиологической минерализации.

Микроорганизмы разрушают крахмал и даже такое стабильное вещество, как целлюлоза растений, до Сахаров, спиртов,