Процессы трансформации углеродсодержащих веществ

Углерод – основной строительный элемент, входящий в состав всех органических соединений. Процессы трансформации углеродосодержащих веществ объединяют в единый цикл все живые организмы планеты. В цикле трансформации углеродсодержащих веществ можно выделить два основных звена. Первым звеном является фиксация углекислого газа атмосферы и восстановление его до органических соединений в процессах хемосинтеза и фотосинтеза. Главенствующая роль в образовании органических соединений в процессе фотосинтеза принадлежит растениям, хотя сине-зеленые водоросли и фотосинтезирующие бактерии тоже вносят свой вклад в образование органических веществ.

Образовавшиеся органические вещества подвергаются сложнейшей переработке в организмах животных, растений и прокариот, после отмирания которых органический опад поступает в почву.

Второе, заключительное звено цикла углерода представлено разнообразными процессами минерализации органических соединений, осуществляемыми различными физиологическими группами микроорганизмов. В результате этих процессов происходит возврат углекислого газа в атмосферу, что и определяет содержание этого газа в ней на одном, хотя и минимальном уровне (0,33%).

Параллельно процессам трансформации углеродсодержащих веществ осуществляется и цикл трансформации кислорода. Так, процесс фотосинтеза растений и некоторых бактерий всегда сопровождается выделением кислорода в атмосферу, а процессы аэробной минерализации органических веществ, наоборот, протекают с поглощением кислорода из атмосферы и включением его в состав различных соединений.

Средняя годовая продукция органического вещества на планете составляет 33 х 10¹¹ кг. Основная масса этого вещества представлена различными органическими соединениями растительного происхождения. Это растворимые в воде вещества (сахара, органические кислоты, спирты), слаборастворимые (гемицеллюлоза), нерастворимые (крахмал, пектин, целлюлоза, воска, жиры, смолы, углеводороды) и особо трудноразлагаемое вещество – лигнин. По массе из вышеперечисленных веществ в растениях преобладают целлюлоза, гемицеллюлоза и лигнин.

Различный химический состав растительного опада и соответственно стойкость его к действию ферментов микробной клетки обуславливают постепенное разложение отдельных компонентов. Наиболее легко и быстро из веществ растительного опада разлагаются растворимые в воде соединения и прежде всего моно- и дисахариды. В аэробных условиях они окисляются в процессе дыхания микроорганизмов до углекислого газа и воды, а в анаэробных условиях сбраживаются с образованием органических кислот, спиртов и газов.