Ačkoli se na první pohled mohou zdát velmi odlišné nebo dokonce méně sofistikované, prokaryoty mají alespoň jednu společnou věc se všemi ostatními organismy: vyžadovat palivo napájet jejich životy. Prokaryotes, které zahrnují organismy v doménách Bacteria a Archaea, jsou velmi rozmanité, pokud jde o metabolismus nebo chemické reakce, které organismy používají k výrobě paliva.
Například jedna kategorie prokaryot, tzv extremophiles, prospívají v podmínkách, které by vyhladily jiné formy života, jako je přehřátá voda hydrotermálních průduchů hluboko v oceánu. Tyto sirné bakterie zvládají teploty vody až 750 stupňů Fahrenheita v pohodě a palivo získávají ze sirovodíku, který se nachází ve ventilačních otvorech.
Některé z nejdůležitějších prokaryot se spoléhají na zachycení fotonů, aby vyráběly své palivo fotosyntézou. Tyto organismy jsou fototrofy.
Co je to fototrof?
Slovo fototrofní poskytuje první vodítko odhalující, co dělá tyto organismy důležitými. To znamená „lehká výživa“ v řečtině. Jednoduše řečeno, fototrofy jsou organismy, které získávají energii z fotonů nebo částic světla. Pravděpodobně to už víte
zelené rostliny používat světlo k výrobě energie fotosyntéza.Tento proces se však neomezuje pouze na rostliny. Mnoho prokaryotických a eukaryotických organismů provádí fotosyntézu, aby si vytvořilo vlastní jídlo, včetně fotosyntetických bakterií a některých řasy.
Zatímco fotosyntéza je podobná u všech organismů, které ji provádějí, proces bakteriální fotosyntézy je méně komplikovaný než fotosyntéza rostlin.
Co je bakteriální chlorofyl?
Stejně jako zelené rostliny používají fototrofní bakterie pigmenty k zachycení fotonů jako zdrojů energie pro fotosyntézu. U bakterií to jsou bakteriochlorofyly nachází se v plazmatické membráně (spíše než v plazmě) chloroplasty jako rostlina chlorofyl pigmenty).
Bakteriochlorofyly existují v sedmi známých odrůdách označených a, b, c, d, e, cs nebo g. Každá varianta je konstrukčně odlišná, a proto je schopna absorbovat určitý typ světla ze spektra, od infračerveného záření přes červené světlo až po daleko červené světlo. Typ bakteriochlorofylu, který fototrofní bakterie obsahuje, závisí na jeho druhu.
Kroky v bakteriální fotosyntéze
Stejně jako fotosyntéza rostlin probíhá bakteriální fotosyntéza ve dvou fázích: světelné reakce a temné reakce.
V světelný stupeňbakteriochlorofyly zachycují fotony. Proces absorpce této světelné energie vzrušuje bakteriochlorofyl, vyvolává lavinu přenosů elektronů a nakonec produkuje adenosintrifosfát (ATP) a nikotinamid adenin dinukleotid fosfát (NADPH).
V temné jeviště, tyto molekuly ATP a NADPH se používají v chemických reakcích, které transformují oxid uhličitý na organický uhlík pomocí procesu zvaného fixace uhlíku.
Různé druhy bakterií vyrábějí palivo fixací uhlíku různými způsoby pomocí zdroje uhlíku, jako je oxid uhličitý. Například sinice používají Calvinův cyklus. Tento mechanismus používá sloučeninu s pěti uhlíky zvanou RuBP k zachycení jedné molekuly oxidu uhličitého a vytvoření molekuly se šesti uhlíky. To se rozdělí na dva stejné kousky a jedna polovina opustí cyklus jako molekula cukru.
Druhá polovina se transformuje na molekulu s pěti uhlíky díky reakcím zahrnujícím ATP a NADPH. Poté cyklus začíná znovu. Jiné bakterie se spoléhají na opak Krebsův cyklus, což je řada chemických reakcí, při nichž se k výrobě organického uhlíku z anorganických sloučenin oxidu uhličitého a vody používají donory elektronů (například vodík, sulfid nebo thiosíran).
Proč jsou fototrofy důležité?
Fototrofy využívající fotosyntézu (tzv fotoautotrofy) tvoří základ potravinového řetězce. Jiné organismy, které nemohou provádět fotosyntézu, získávají palivo pomocí fotoautotrofních organismů jako zdroje potravy.
Protože samy nemohou přeměnit světlo na palivo, tyto organismy jednoduše jedí organismy, které to dělají, a používají jejich těla jako zdroj energie. Jelikož fixace uhlíku využívá oxid uhličitý k výrobě paliva ve formě molekul cukru, fototrofy pomáhají snižovat přebytek oxidu uhličitého v atmosféře.
Fototrofové mohou být dokonce zodpovědní za volný kyslík v atmosféře, který vám umožňuje dýchat a prospívat na Zemi. Tato možnost - zvaná Velká událost okysličení - to navrhuje sinice provádění fotosyntézy a uvolňování kyslíku jako vedlejšího produktu nakonec produkovalo příliš mnoho kyslíku, aby bylo absorbováno železem v prostředí.
Tento přebytek se stal součástí atmosféry a formoval se vývoj na planetě od tohoto bodu vpřed, což umožňuje, aby se lidé nakonec objevili.