פוטרופ (מטבוליזם פרוקריוטים): מה זה?

למרות שהם עשויים להיראות שונים מאוד או אפילו פחות מתוחכמים במבט ראשון, לפרוקריוטים יש לפחות דבר אחד במשותף עם כל האורגניזמים האחרים: דורשים דלק לשלטון בחייהם. פרוקריוטים, הכוללים אורגניזמים בתחומים חיידקים וארכאים, מגוונים מאוד בכל הנוגע לחילוף החומרים, או לתגובות הכימיות שהאורגניזמים משתמשים בהן כדי לייצר דלק.

למשל, קטגוריה אחת של פרוקריוטים, הנקראת קיצוניים, לשגשג בתנאים שימחקו צורות חיים אחרות, כגון מים מחוממים במיוחד של פתחי אוורור הידרותרמיים עמוק באוקיאנוס. חיידקי הגופרית הללו מטפלים בטמפרטורות מים עד 750 מעלות פרנהייט בסדר גמור, והם מקבלים את הדלק שלהם ממימן גופרתי שנמצא בפתחי האוורור.

חלק מהפרוקריוטים החשובים ביותר מסתמכים על לכידת פוטונים כדי לייצר את הדלק שלהם באמצעות פוטוסינתזה. אורגניזמים אלה הם פוטוטרופים.

המילה פוטוטרוף נותן את הרמז הראשון שמגלה מה הופך את האורגניזמים הללו לחשובים. פירושו "תזונה קלה" ביוונית. במילים פשוטות, פוטוטרופים הם אורגניזמים שמקבלים את האנרגיה שלהם מפוטונים, או מחלקיקי אור. אתה בטח כבר יודע את זה צמחים ירוקים השתמש באור לייצור אנרגיה פוטוסינתזה.

עם זאת, תהליך זה אינו מוגבל לצמחים. אורגניזמים פרוקריוטיים ואוקריוטים רבים מבצעים פוטוסינתזה להכנת מזון בעצמם, כולל חיידקים פוטוסינתטיים וחלקם אַצוֹת.

בעוד שהפוטוסינתזה דומה בקרב כל האורגניזמים שעושים זאת, תהליך הפוטוסינתזה החיידקית מורכב פחות מפוטוסינתזה מהצומח.

בדיוק כמו צמחים ירוקים, חיידקים פוטוטרופיים משתמשים בפיגמנטים כדי ללכוד פוטונים כמקורות אנרגיה לפוטוסינתזה. עבור חיידקים, אלה הם בקטריו כלורופילים נמצא בקרום הפלזמה (ולא ב כלורופלסטים כמו צמח כלורופיל פיגמנטים).

חיידקים כלורופילים קיימים בשבעה זנים ידועים, שכותרתם a, b, c, d, e, c_ס או ז. כל גרסה שונה מבחינה מבנית ולכן היא מסוגלת לקלוט סוג ספציפי של אור מהספקטרום, החל מקרינת אינפרא אדום לאור אדום ועד לאור אדום רחוק. סוג החיידק הכלורופיל שמכיל חיידק פוטוטרופי תלוי במינו.

בדיוק כמו פוטוסינתזה של צמחים, פוטוסינתזה חיידקית מתרחשת בשני שלבים: תגובות קלות ו תגובות חשוכות.

בתוך ה במה קלה, החיידקים הכלורופילים לוכדים פוטונים. תהליך קליטת אנרגיית האור הזו מלהיב את החיידק הכלורופיל, מה שמפעיל מפולת של העברות אלקטרונים ובסופו של דבר מייצר אדנוזין טריפוספט (ATP) וניקוטינאמיד אדנין פוספט דינוקליאוטידים (NADPH).

בתוך ה במה חשוכה, אותן מולקולות ATP ו- NADPH משמשות בתגובות כימיות שהופכות פחמן דו חמצני לפחמן אורגני באמצעות תהליך הנקרא קיבוע פחמן.

סוגים שונים של חיידקים מייצרים דלק על ידי קיבוע פחמן בדרכים שונות באמצעות מקור פחמן כמו פחמן דו חמצני. לדוגמה, ציאנובקטריה משתמשת ב מחזור קלווין. מנגנון זה משתמש בתרכובת עם חמישה פחמנים הנקראת RuBP כדי לתפוס מולקולה אחת של פחמן דו חמצני וליצור מולקולה עם שישה פחמנים. זה מתפצל לשתי חתיכות שוות, וחצי יוצא מהמחזור כמולקולת סוכר.

המחצית השנייה הופכת למולקולה עם חמישה פחמנים, הודות לתגובות הקשורות ATP ו- NADPH. ואז, המחזור מתחיל שוב. חיידקים אחרים מסתמכים על ההפך מחזור קרבס, שהיא סדרה של תגובות כימיות המשתמשות בתורמי אלקטרונים (כגון מימן, סולפיד או תיוסולפט) כדי לייצר פחמן אורגני מהתרכובות האורגניות פחמן דו חמצני ומים.

פוטוטרופים המשתמשים בפוטוסינתזה (נקרא פוטו אוטוטרופים) מהווים את בסיס שרשרת המזון. אורגניזמים אחרים שאינם יכולים לבצע פוטוסינתזה משיגים את הדלק שלהם על ידי שימוש באורגניזמים פוטו-אוטוטרופיים כמקור מזון.

מכיוון שהם אינם יכולים להמיר אור לדלק בעצמם, אורגניזמים אלה פשוט אוכלים את האורגניזמים שעושים ומשתמשים בגופם כמקור אנרגיה. מכיוון שקיבוע פחמן משתמש בפחמן דו חמצני כדי לייצר דלק בצורה של מולקולות סוכר, פוטוטרופים מסייעים בהפחתת עודף פחמן דו חמצני באטמוספירה.

פוטותרופים עשויים אפילו להיות אחראים לחמצן החופשי באטמוספירה המאפשר לך לנשום ולשגשג על כדור הארץ. אפשרות זו - הנקראת אירוע החמצון הגדול - מציעה זאת ציאנובקטריה ביצוע פוטוסינתזה ושחרור חמצן כתוצר לוואי ייצר בסופו של דבר יותר מדי חמצן כדי להיספג על ידי ברזל בסביבה.

עודף זה הפך לחלק מהאווירה ועוצב אבולוציה על הפלנטה מאותה נקודה ואילך, מה שמאפשר לבני אדם להופיע בסופו של דבר.