Bár első ránézésre nagyon eltérőnek vagy még kevésbé kifinomultnak tűnhetnek, a prokariótáknak legalább egy közös tulajdonságuk van az összes többi élőlénnyel: üzemanyagot igényel hogy hatalmat szerezzenek az életükre. Prokarióták, amelyekben a baktériumok és az archeák doménjei is tartalmazzák az organizmusokat, nagyon sokfélék az anyagcserére vagy a kémiai reakciókra vonatkozóan, amelyeket a szervezetek üzemanyag előállításához használnak.
Például a prokarióták egyik kategóriája, az úgynevezett szélsőségesek, olyan körülmények között boldogulnak, amelyek más életformákat is megsemmisítenek, például az óceán mélyén található hidrotermikus szellőzők túlmelegített vize. Ezek a kénbaktériumok nagyon jól kezelik a víz hőmérsékletét 750 Fahrenheit fokig, és üzemanyagukat a szellőzőnyílásokban található kén-hidrogénből nyerik.
A legfontosabb prokarióták egy része a fotonrögzítésre támaszkodik, hogy fotoszintézis útján előállítsa üzemanyagát. Ezek az élőlények fototrófok.
Mi az a fototróf?
A szó
Ez a folyamat azonban nem korlátozódik a növényekre. Számos prokarióta és eukarióta organizmus fotoszintézist végez saját élelmiszer előállítása céljából, beleértve a fotoszintetikus baktériumokat és néhányat algák.
Míg a fotoszintézis hasonló az összes szervezetnél, amely ezt csinálja, a bakteriális fotoszintézis folyamata kevésbé bonyolult, mint a növényi fotoszintézis.
Mi a baktérium klorofill?
A zöld növényekhez hasonlóan a fototróf baktériumok is pigmenteket használnak a fotonok fotoszintézis energiaforrásaként történő megkötésére. A baktériumok esetében ezek bakterioklorofillek a plazmamembránban található (nem pedig a kloroplasztok mint a növény klorofill pigmentek).
A baktériumklorofillok hét ismert fajtában léteznek, a, b, c, d, e, c jelöléssels vagy g. Mindegyik variáns szerkezetileg különbözik, ezért képes elnyelni egy adott típusú fényt a spektrumból, az infravörös sugárzástól kezdve a vörös fénytől a távoli vörös fényig. A fototróf baktérium által tartalmazott bakterioklorofill típusa a fajtától függ.
A baktériumok fotoszintézisének lépései
A növényi fotoszintézishez hasonlóan a baktériumok fotoszintézise is két szakaszban történik: fényreakciók és sötét reakciók.
Ban,-ben fényszínpad, a bakterioklorofillek befogják a fotonokat. A fényenergia abszorpciója gerjeszti a bakterioklorofillt, kiváltva az elektrontranszfer lavináját, és végül termel adenozin-trifoszfát (ATP) és nikotinamid-adenin-dinukleotid-foszfát (NADPH).
Ban,-ben sötét színpad, azokat az ATP és NADPH molekulákat használják kémiai reakciókban, amelyek a széndioxidot szerves széndé alakítják az úgynevezett szénmegkötés révén.
Különböző típusú baktériumok előállítják az üzemanyagot a szén különböző forrásokkal, például szén-dioxiddal történő rögzítésével. Például a cianobaktériumok a Kálvin-ciklus. Ez a mechanizmus öt szénatomot tartalmazó vegyületet, az úgynevezett RuBP-t használja, hogy megfogjon egy szén-dioxid-molekulát, és hat szénnel rendelkező molekulát képezzen. Ez két egyenlő részre oszlik, és az egyik fele cukormolekulaként lép ki a ciklusból.
A másik fele öt szénatommal rendelkező molekulává alakul át, köszönhetően az ATP és a NADPH reakcióinak. Ezután a ciklus újra kezdődik. Más baktériumok fordítva támaszkodnak Krebs ciklus, amely olyan kémiai reakciók sorozata, amelyek során elektrondonorokat (például hidrogént, szulfidot vagy tioszulfátot) használnak szervetlen szén előállításához szervetlen vegyületekből szén-dioxid és víz.
Miért fontosak a fototrófok?
Fotoszintézist használó fototrófok (ún fotóautrofák) alkotják az élelmiszerlánc alapját. Más szervezetek, amelyek nem képesek fotoszintézist végrehajtani, a fotoautotróf organizmusok táplálékforrásként történő felhasználásával nyerik üzemanyagukat.
Mivel önmagukban nem tudják a fényt üzemanyaggá alakítani, ezek az organizmusok egyszerűen megeszik azokat a szervezeteket, amelyek testüket energiaforrásként használják és használják. Mivel a szénmegkötés során szén-dioxidot használnak üzemanyag előállításához cukormolekulák formájában, a fototrófok segítenek csökkenteni a légköri szén-dioxid feleslegét.
A fototrófok akár a légkörben lévő szabad oxigénért is felelősek lehetnek, amely lehetővé teszi, hogy lélegezzen és boldoguljon a Földön. Ez a lehetőség - az úgynevezett Nagy Oxigenációs Esemény - ezt javasolja cianobaktériumok a fotoszintézis elvégzése és az oxigén melléktermékként történő felszabadítása végül túl sok oxigént termelt ahhoz, hogy a vas felszívja a környezetben.
Ez a felesleg a légkör részévé vált és formálódott evolúció a bolygón ettől a ponttól kezdve, lehetővé téve az emberek számára, hogy végül megjelenjenek.