Ehkki need võivad esmapilgul tunduda väga erinevad või isegi vähem keerukad, on prokarüootidel kõigi teiste organismidega vähemalt üks ühine omadus: nad vajavad kütust nende elu võimule seada. Prokarüootid, mis hõlmab organisme bakterite ja arheede domeenides, on ainevahetuse või keemiliste reaktsioonide, mida organismid kasutavad kütuse tootmiseks, osas väga mitmekesine.
Näiteks üks prokarüootide kategooria, nn ekstremofiilid, areneda tingimustes, mis hävitaksid muud eluvormid, näiteks sügaval ookeanis olevate hüdrotermiliste ventilatsiooniavade ülekuumenenud vesi. Need väävlibakterid saavad veetemperatuuri kuni 750 kraadi Fahrenheiti suurepäraselt hakkama ja kütuse saavad nad ventilatsiooniavadest leitud vesiniksulfiidist.
Mõned kõige olulisemad prokarüoodid tuginevad fotoni hõivamiseks, et toota fotosünteesi abil oma kütust. Need organismid on fototroofid.
Mis on fototroof?
Sõna fototroof annab esimese vihje, paljastades, mis muudab need organismid oluliseks. Kreeka keeles tähendab see "kerget toitu". Lihtsustatult öeldes on fototroofid organismid, mis saavad oma energia footonitest ehk valguse osakestest. Tõenäoliselt teate seda juba
rohelised taimed kasutage energiat läbi saamiseks valgust fotosüntees.Kuid see protsess ei piirdu ainult taimedega. Paljud prokarüootsed ja eukarüootsed organismid viivad fotosünteesi oma toidu valmistamiseks läbi, sealhulgas fotosünteetilised bakterid ja mõned vetikad.
Kui fotosüntees on kõigi seda tegevate organismide seas sarnane, on bakterite fotosünteesi protsess vähem keeruline kui taimede fotosüntees.
Mis on bakteriaalne klorofüll?
Nii nagu rohelised taimed, kasutavad ka fototroofsed bakterid pigmente footonite fotosünteesi energiaallikatena hõivamiseks. Bakterite jaoks on need bakterioklorofüllid leitud plasmamembraanist (mitte kloroplastid nagu taim klorofüll pigmendid).
Bakterioklorofülleid on seitsmes teadaolevas sordis, mis on tähistatud a, b, c, d, e, cs või g. Iga variant on struktuurilt erinev ja seetõttu võimeline absorbeerima spetsiifilist tüüpi valgust, ulatudes infrapunakiirgusest punase ja kaugelt punase valguseni. Fototroofse bakteri bakterioklorofülli tüüp sõltub selle liigist.
Bakterite fotosünteesi etapid
Nii nagu taimede fotosüntees, toimub ka bakterite fotosüntees kahes etapis: kerged reaktsioonid ja tumedad reaktsioonid.
Aastal valguslava, bakterioklorofüllid haaravad footoneid. Selle valgusenergia neelamise protsess ergastab bakterioklorofülli, vallandades elektronide ülekandmise laviini ja tekitades lõpuks adenosiinitrifosfaat (ATP) ja nikotiinamiidadeniindinukleotiidfosfaat (NADPH).
Aastal pime lava, kasutatakse keemilistes reaktsioonides neid ATP ja NADPH molekule, mis muudavad süsinikdioksiidi orgaaniliseks süsinikuks protsessi kaudu, mida nimetatakse süsiniku fikseerimiseks.
Erinevat tüüpi bakterid toodavad kütust, sidudes süsinikku erineval viisil, kasutades süsinikuallikat, näiteks süsinikdioksiidi. Näiteks tsüanobakterid kasutavad Calvini tsükkel. See mehhanism kasutab viie süsinikuga ühendit, nimega RuBP, ühe süsinikdioksiidi molekuli püüdmiseks ja kuue süsinikuga molekuli moodustamiseks. See jaguneb kaheks võrdseks tükiks ja üks pool väljub tsüklist suhkrumolekulina.
Teine pool muundub viie süsinikuga molekuliks tänu ATP ja NADPH-ga seotud reaktsioonidele. Seejärel algab tsükkel uuesti. Teised bakterid toetuvad vastupidisele Krebsi tsükkel, mis on rida keemilisi reaktsioone, mille käigus anorgaanilistest ühenditest süsinikdioksiidist ja veest orgaanilise süsiniku tootmiseks kasutatakse elektronidoonoreid (näiteks vesinik, sulfiid või tiosulfaat).
Miks on fototroofid olulised?
Fotosünteesi kasutavad fototroofid (nn fotoautroofid) moodustavad toiduahela aluse. Teised organismid, kes ei suuda fotosünteesi teha, saavad oma kütuse fotoautotroofsete organismide toiduallikana kasutamisest.
Kuna nad ei saa valgust iseseisvalt kütuseks muundada, söövad need organismid lihtsalt organisme, kes seda teevad, ja kasutavad nende keha energiaallikana. Kuna süsiniku fikseerimisel kasutatakse suhkru molekulide kujul kütuse tootmiseks süsinikdioksiidi, aitavad fototroofid vähendada liigset süsinikdioksiidi atmosfääris.
Fototroofid võivad vastutada isegi atmosfääri vaba hapniku eest, mis võimaldab teil Maal hingata ja areneda. See võimalus - nn suur hapnikuga varustamise sündmus - pakub seda välja tsüanobakterid fotosünteesi teostamine ja kõrvalsaadusena hapniku vabastamine tootis lõpuks liiga palju hapnikku, et rauas keskkonnas imenduda.
Sellest liiast sai atmosfääri osa ja see kujunes evolutsioon planeedil sellest punktist edasi, võimaldades inimestel lõpuks esile kerkida.
