Въпреки че на пръв поглед изглеждат много различни или дори по-малко сложни, прокариотите имат поне едно общо нещо с всички други организми: те изискват гориво да захранват живота им. Прокариоти, които включват организми в областите Бактерии и Археи, са много разнообразни по отношение на метаболизма или химичните реакции, които организмите използват за производство на гориво.
Например, една категория прокариоти, т.нар екстремофили, процъфтяват в условия, които биха унищожили други форми на живот, като прегрятата вода на хидротермалните отвори дълбоко в океана. Тези сярни бактерии се справят добре с температурата на водата до 750 градуса по Фаренхайт и те получават гориво от сероводорода, открит във вентилационните отвори.
Някои от най-важните прокариоти разчитат на улавянето на фотони, за да произведат горивото си чрез фотосинтеза. Тези организми са фототрофи.
Какво е фототроф?
Думата фототроф дава първата следа, разкриваща какво прави тези организми важни. Това означава „лека храна“ на гръцки. Казано по-просто, фототрофите са организми, които получават енергията си от фотони или частици светлина. Вероятно вече го знаете
зелени растения използвайте светлина, за да прокарате енергия фотосинтеза.Този процес обаче не е ограничен само за растенията. Много прокариотни и еукариотни организми извършват фотосинтеза, за да направят своя храна, включително фотосинтетични бактерии и някои водорасли.
Докато фотосинтезата е подобна сред всички организми, които я правят, процесът на бактериална фотосинтеза е по-малко сложен от фотосинтезата на растенията.
Какво е бактериален хлорофил?
Подобно на зелените растения, фототрофните бактерии използват пигменти за улавяне на фотони като енергийни източници за фотосинтеза. За бактериите това са бактериохлорофили открити в плазмената мембрана (а не в хлоропласти като растение хлорофил пигменти).
Бактериохлорофилите съществуват в седем известни разновидности, обозначени с a, b, c, d, e, cс или g. Всеки вариант е структурно различен и следователно е способен да абсорбира специфичен тип светлина от спектъра, вариращ от инфрачервеното лъчение до червената светлина до далечната червена светлина. Видът на бактериохлорофила, който фототрофната бактерия съдържа, зависи от нейния вид.
Стъпки в бактериалната фотосинтеза
Подобно на фотосинтезата на растенията, бактериалната фотосинтеза протича на два етапа: светлинни реакции и тъмни реакции.
В светлинна сцена, бактериохлорофилите улавят фотони. Процесът на абсорбиране на тази светлинна енергия възбужда бактериохлорофила, предизвиквайки лавина от електронни трансфери и в крайна сметка произвеждайки аденозин трифосфат (АТФ) и никотинамид аденин динуклеотид фосфат (NADPH).
В тъмен етап, тези молекули ATP и NADPH се използват в химични реакции, които трансформират въглеродния диоксид в органичен въглерод чрез процес, наречен фиксиране на въглерода.
Различните видове бактерии произвеждат гориво, като фиксират въглерода по различни начини, използвайки източник на въглерод като въглероден диоксид. Например цианобактериите използват Цикъл на Калвин. Този механизъм използва съединение с пет въглерода, наречено RuBP, за да улови една молекула въглероден диоксид и да образува молекула с шест въглерода. Това се разделя на две равни части и едната половина излиза от цикъла като захарна молекула.
Другата половина се трансформира в молекула с пет въглерода, благодарение на реакции, включващи ATP и NADPH. След това цикълът започва отново. Други бактерии разчитат на обратното Цикъл на Кребс, което представлява поредица от химични реакции, които използват донори на електрони (като водород, сулфид или тиосулфат) за производство на органичен въглерод от неорганичните съединения въглероден диоксид и вода.
Защо фототрофите са важни?
Фототрофи, които използват фотосинтеза (т.нар фотоавтотрофи) формират основата на хранителната верига. Други организми, които не могат да извършат фотосинтеза, получават гориво, като използват фотоавтотрофни организми като източник на храна.
Тъй като те не могат сами да преобразуват светлината в гориво, тези организми просто ядат организмите, които го правят, и използват телата си като източник на енергия. Тъй като фиксирането на въглерод използва въглероден диоксид за производство на гориво под формата на захарни молекули, фототрофите помагат за намаляване на излишния въглероден диоксид в атмосферата.
Фототрофите може дори да са отговорни за свободния кислород в атмосферата, който ви позволява да дишате и да процъфтявате на Земята. Тази възможност - наречена Голямо събитие за окисляване - предлага това цианобактерии извършването на фотосинтеза и освобождаването на кислород като страничен продукт в крайна сметка произвежда твърде много кислород, за да бъде абсорбирано от желязото в околната среда.
Този излишък стана част от атмосферата и се оформи еволюция на планетата от този момент напред, което дава възможност на хората в крайна сметка да се появят.
