Iako se na prvi pogled mogu činiti vrlo različitima ili čak manje sofisticiranima, prokarionti imaju barem jedno zajedničko sa svim ostalim organizmima: oni zahtijevaju gorivo da napajaju njihove živote. Prokarioti, koji uključuju organizme u domenama Bakterije i Arheje, vrlo su raznoliki kada je riječ o metabolizmu ili kemijskim reakcijama koje organizmi koriste za proizvodnju goriva.
Na primjer, jedna kategorija prokariota, tzv ekstremofili, uspijevaju u uvjetima koji bi uništili druge oblike života, poput pregrijane vode hidrotermalnih otvora duboko u oceanu. Ove sumporne bakterije sasvim dobro podnose temperaturu vode do 750 stupnjeva Celzijusa, a gorivo dobivaju iz sumporovodika koji se nalazi u otvorima za odzračivanje.
Neki od najvažnijih prokariota oslanjaju se na hvatanje fotona kako bi svoje gorivo proizvodili fotosintezom. Ti su organizmi fototrofi.
Što je fototrof?
Riječ fototrof daje prvi trag koji otkriva što ove organizme čini važnima. To na grčkom znači "lagana hrana". Pojednostavljeno rečeno, fototrofi su organizmi koji energiju dobivaju iz fotona ili čestica svjetlosti. To vjerojatno već znate
zelene biljke upotrijebite svjetlost za probijanje energije fotosinteza.Međutim, ovaj postupak nije ograničen na biljke. Mnogi prokariotski i eukariotski organizmi provode fotosintezu kako bi stvorili vlastitu hranu, uključujući fotosintetske bakterije i neke alge.
Iako je fotosinteza slična među svim organizmima koji to čine, proces bakterijske fotosinteze manje je složen od biljne.
Što je bakterijski klorofil?
Baš poput zelenih biljaka, fototrofne bakterije koriste pigmente za hvatanje fotona kao izvora energije za fotosintezu. Za bakterije su to bakterioklorofili koji se nalaze u plazemskoj membrani (umjesto u kloroplasti poput biljke klorofil pigmenti).
Bakterioklorofili postoje u sedam poznatih sorti, označenih a, b, c, d, e, cs ili g. Svaka je varijanta strukturno različita i stoga je sposobna apsorbirati određenu vrstu svjetlosti iz spektra, u rasponu od infracrvenog zračenja preko crvene svjetlosti do daleke crvene svjetlosti. Vrsta bakterioklorofila koju sadrži fototrofna bakterija ovisi o njenoj vrsti.
Koraci u bakterijskoj fotosintezi
Baš kao i fotosinteza biljaka, i bakterijska se fotosinteza odvija u dvije faze: svjetlosne reakcije i mračne reakcije.
U svjetlosna pozornica, bakterioklorofili hvataju fotone. Proces apsorpcije ove svjetlosne energije pobuđuje bakterioklorofil, pokrećući lavinu prijenosa elektrona i u konačnici proizvodeći adenozin trifosfat (ATP) i nikotinamid adenin dinukleotid fosfat (NADPH).
U mračna pozornica, one molekule ATP i NADPH koriste se u kemijskim reakcijama koje transformiraju ugljični dioksid u organski ugljik postupkom nazvanim fiksacija ugljika.
Različite vrste bakterija proizvode gorivo fiksiranjem ugljika na različite načine koristeći izvor ugljika kao što je ugljični dioksid. Na primjer, cijanobakterije koriste Calvinov ciklus. Ovaj mehanizam koristi spoj s pet ugljika pod nazivom RuBP da uhvati jednu molekulu ugljičnog dioksida i tvori molekulu sa šest ugljika. To se dijeli na dva jednaka dijela, a jedna polovica izlazi iz ciklusa kao molekula šećera.
Druga polovica pretvara se u molekulu s pet ugljika, zahvaljujući reakcijama koje uključuju ATP i NADPH. Zatim, ciklus započinje ponovno. Ostale se bakterije oslanjaju na obrnuto Krebsov ciklus, koja je niz kemijskih reakcija koje koriste donore elektrona (poput vodika, sulfida ili tiosulfata) za proizvodnju organskog ugljika iz anorganskih spojeva ugljičnog dioksida i vode.
Zašto su fototrofi važni?
Fototrofi koji koriste fotosintezu (tzv fotoautotrofi) čine bazu prehrambenog lanca. Ostali organizmi koji ne mogu izvršiti fotosintezu dobivaju gorivo koristeći fotoautotrofne organizme kao izvor hrane.
Budući da sami ne mogu pretvoriti svjetlost u gorivo, ti organizmi jednostavno jedu organizme koji to čine i koriste njihova tijela kao izvor energije. Budući da fiksiranje ugljika koristi ugljični dioksid za proizvodnju goriva u obliku molekula šećera, fototrofi pomažu smanjiti višak ugljičnog dioksida u atmosferi.
Fototrofi su možda odgovorni za slobodni kisik u atmosferi koji vam omogućuje disanje i napredovanje na Zemlji. Ova mogućnost - nazvana Velikim događajem oksigenacije - sugerira to cijanobakterija izvođenjem fotosinteze i oslobađanjem kisika kao nusproizvoda na kraju je proizvedeno previše kisika da bi ga željezo apsorbiralo u okoliš.
Ovaj višak postao je dijelom atmosfere i oblikovan evolucija na planetu od tog trenutka naprijed, omogućujući ljudima da se eventualno pojave.