Bien qu'ils puissent sembler très différents voire moins sophistiqués à première vue, les procaryotes ont au moins une chose en commun avec tous les autres organismes: ils besoin de carburant pour alimenter leur vie. Procaryotes, qui incluent des organismes des domaines Bactéries et Archées, sont très divers en ce qui concerne le métabolisme, ou les réactions chimiques que les organismes utilisent pour produire du carburant.
Par exemple, une catégorie de procaryotes, appelée extrêmophiles, prospèrent dans des conditions qui effaceraient d'autres formes de vie, telles que l'eau surchauffée des sources hydrothermales au fond de l'océan. Ces bactéries sulfureuses supportent très bien des températures de l'eau jusqu'à 750 degrés Fahrenheit, et elles tirent leur carburant du sulfure d'hydrogène trouvé dans les évents.
Certains des procaryotes les plus importants s'appuient sur la capture de photons pour produire leur carburant par photosynthèse. Ces organismes sont phototrophes.
Qu'est-ce qu'un phototrophe ?
Le mot phototrophe donne le premier indice révélant ce qui rend ces organismes importants. Cela signifie "nourriture légère" en grec. En termes simples, les phototrophes sont des organismes qui tirent leur énergie des photons ou des particules de lumière. Vous le savez probablement déjà plantes vertes utiliser la lumière pour produire de l'énergie à travers photosynthèse.
Cependant, ce processus ne se limite pas aux plantes. De nombreux organismes procaryotes et eucaryotes effectuent la photosynthèse pour fabriquer leur propre nourriture, y compris les bactéries photosynthétiques et certains algues.
Alors que la photosynthèse est similaire parmi tous les organismes qui le font, le processus de photosynthèse bactérienne est moins compliqué que la photosynthèse végétale.
Qu'est-ce que la chlorophylle bactérienne?
Tout comme les plantes vertes, les bactéries phototrophes utilisent des pigments pour capturer les photons comme sources d'énergie pour la photosynthèse. Pour les bactéries, ce sont bactériochlorophylles trouvé dans la membrane plasmique (plutôt que dans chloroplastes comme plante chlorophylle pigments).
Les bactériochlorophylles existent en sept variétés connues, étiquetées a, b, c, d, e, cs ou g. Chaque variante est structurellement différente et donc capable d'absorber un type spécifique de lumière du spectre, allant du rayonnement infrarouge à la lumière rouge en passant par la lumière rouge lointaine. Le type de bactériochlorophylle que contient une bactérie phototrophe dépend de son espèce.
Étapes de la photosynthèse bactérienne
Tout comme la photosynthèse végétale, la photosynthèse bactérienne se déroule en deux étapes: réactions lumineuses et réactions sombres.
Dans le scène lumineuse, les bactériochlorophylles capturent des photons. Le processus d'absorption de cette énergie lumineuse excite la bactériochlorophylle, déclenchant une avalanche de transferts d'électrons et produisant finalement adénosine triphosphate (ATP) et le phosphate de nicotinamide adénine dinucléotide (NADPH).
Dans le scène sombre, ces molécules d'ATP et de NADPH sont utilisées dans des réactions chimiques qui transforment le dioxyde de carbone en carbone organique par un processus appelé fixation du carbone.
Différents types de bactéries fabriquent du carburant en fixant le carbone de différentes manières à l'aide d'une source de carbone telle que le dioxyde de carbone. Par exemple, les cyanobactéries utilisent le cycle de Calvin. Ce mécanisme utilise un composé à cinq carbones appelé RuBP pour attraper une molécule de dioxyde de carbone et former une molécule à six carbones. Celui-ci se divise en deux parties égales et la moitié sort du cycle sous forme de molécule de sucre.
L'autre moitié se transforme en une molécule à cinq carbones, grâce à des réactions impliquant l'ATP et le NADPH. Ensuite, le cycle recommence. D'autres bactéries dépendent de l'inverse Cycle de Krebs, qui est une série de réactions chimiques qui utilisent des donneurs d'électrons (tels que l'hydrogène, le sulfure ou le thiosulfate) pour produire du carbone organique à partir des composés inorganiques dioxyde de carbone et eau.
Pourquoi les phototrophes sont-ils importants ?
Les phototrophes qui utilisent la photosynthèse (appelés photoautotrophes) forment la base de la chaîne alimentaire. D'autres organismes qui ne peuvent pas effectuer la photosynthèse obtiennent leur carburant en utilisant des organismes photoautotrophes comme source de nourriture.
Parce qu'ils ne peuvent pas convertir la lumière en carburant par eux-mêmes, ces organismes mangent simplement les organismes qui le font et utilisent leur corps comme source d'énergie. Étant donné que la fixation du carbone utilise du dioxyde de carbone pour produire du carburant sous forme de molécules de sucre, les phototrophes aident à réduire l'excès de dioxyde de carbone dans l'atmosphère.
Les phototrophes peuvent même être responsables de l'oxygène libre dans l'atmosphère qui vous permet de respirer et de prospérer sur Terre. Cette possibilité – appelée le Grand Événement d'Oxygénation – propose que cyanobactéries effectuer la photosynthèse et libérer de l'oxygène en tant que sous-produit a finalement produit trop d'oxygène pour être absorbé par le fer dans l'environnement.
Cet excès est devenu une partie de l'atmosphère et a façonné évolution sur la planète à partir de ce moment-là, permettant aux humains d'émerger éventuellement.