ფოტოტროფი (პროკარიოტული მეტაბოლიზმი): რა არის ეს?

მიუხედავად იმისა, რომ ერთი შეხედვით შეიძლება ძალიან განსხვავებული ან თუნდაც ნაკლებად დახვეწილი ჩანდეს, პროკარიოტებს ყველა საერთო ორგანიზმთან მინიმუმ ერთი რამ აქვთ საერთო: მოითხოვს საწვავს მათი სიცოცხლის ძალაუფლება. პროკარიოტები, რომლებიც მოიცავს ორგანიზმებს ბაქტერიებისა და არქეების დომენებში, ძალიან მრავალფეროვანია, როდესაც საქმე ეხება მეტაბოლიზმს, ან ქიმიურ რეაქციებს, რომელსაც ორგანიზმები იყენებენ საწვავის წარმოებაში.

მაგალითად, პროკარიოტების ერთი კატეგორია, ე.წ. ექსტრემოფილები, აყვავდება იმ პირობებში, რომლებიც სიცოცხლის სხვა ფორმებს მოსპობს, მაგალითად, ჰიდროთერმული წყალგამყოფების სუპერ გაცხელებული წყალი ღრმა ოკეანეში. ეს გოგირდის ბაქტერიები წყლის ტემპერატურას ფარენგეიტის 750 გრადუსამდე კარგად ამუშავებენ და ისინი იღებენ საწვავს წყალსადენებში ნახშირწყალბადის გოგირდდან.

ზოგიერთი ყველაზე მნიშვნელოვანი პროკარიოტი ეყრდნობა ფოტონის აღებას, რომ აწარმოოს მათი საწვავი ფოტოსინთეზის საშუალებით. ეს ორგანიზმებია ფოტოტროფები.

Სიტყვა ფოტოტროფი იძლევა პირველ ცნობას იმის შესახებ, თუ რა ხდის ამ ორგანიზმების მნიშვნელოვნებას. ეს ბერძნულად ნიშნავს "მსუბუქ საკვებს". მარტივად რომ ვთქვათ, ფოტოტროფები არის ორგანიზმები, რომლებიც ენერგიას ფოტონებიდან ან სინათლის ნაწილაკებიდან იღებენ. ეს ალბათ უკვე იცით

ამასთან, ეს პროცესი არ შემოიფარგლება მხოლოდ მცენარეებით. მრავალი პროკარიოტული და ეუკარიოტული ორგანიზმი ახორციელებს ფოტოსინთეზს საკუთარი საკვების დასამზადებლად, მათ შორის ფოტოსინთეზური ბაქტერიები და ზოგიერთი წყალმცენარეები.

მიუხედავად იმისა, რომ ფოტოსინთეზი მსგავსია ყველა ორგანიზმში, რომელიც ამას აკეთებს, ბაქტერიული ფოტოსინთეზის პროცესი ნაკლებად რთულია, ვიდრე მცენარის ფოტოსინთეზი.

ისევე, როგორც მწვანე მცენარეები, ფოტოტროფიული ბაქტერიები იყენებენ პიგმენტებს ფოტონების გადასაღებად, როგორც ენერგიის წყაროებად ფოტოსინთეზისთვის. ბაქტერიებისთვის ესენია ბაქტერიოქლოროფილები გვხვდება პლაზმის მემბრანაში (ვიდრე მასში ქლოროპლასტები როგორც მცენარე ქლოროფილი პიგმენტები).

ბაქტერიოქლოროფილი არსებობს შვიდი ცნობილი ჯიში, ეტიკეტი a, b, c, d, e, c_ს ან გ. თითოეული ვარიანტი სტრუქტურულად განსხვავებულია და, შესაბამისად, შუქის სპეციფიკური ტიპის შუქს იძენს სპექტრიდან, დაწყებული ინფრაწითელი გამოსხივებით დამთავრებული, წითელი შუქით დამთავრებული შუქის წითელ შუქამდე. ფოტოტროფული ბაქტერიის ბაქტერიოქლოროფილის ტიპი დამოკიდებულია მის სახეობებზე.

ისევე, როგორც მცენარეთა ფოტოსინთეზი, ბაქტერიული ფოტოსინთეზი ხდება ორ ეტაპად: მსუბუქი რეაქციები და ბნელი რეაქციები.

იმ მსუბუქი ეტაპი, ბაქტერიოქლოროფილები იპყრობენ ფოტონებს. ამ მსუბუქი ენერგიის შთანთქმის პროცესი აღაგზნებს ბაქტერიოქლოროფილს, იწვევს ელექტრონების გადატანის ზვავს და საბოლოოდ წარმოქმნის ადენოზინტრიფოსფატი (ATP) და ნიკოტინამიდი ადენინის დინუკლეოტიდის ფოსფატი (NADPH).

იმ ბნელი სცენა, ეს ATP და NADPH მოლეკულები გამოიყენება ქიმიური რეაქციების დროს, რომლებიც ნახშირორჟანგს გარდაქმნიან ორგანულ ნახშირბად პროცესში, რომელსაც ეწოდება ნახშირბადის ფიქსაცია.

სხვადასხვა ტიპის ბაქტერიები ქმნიან საწვავს ნახშირბადის სხვადასხვა გზით დაფიქსირებით ნახშირბადის წყაროს გამოყენებით, როგორიცაა ნახშირორჟანგი. მაგალითად, ციანობაქტერიები იყენებენ კალვინის ციკლი. ეს მექანიზმი იყენებს ნაერთს ხუთი ნახშირბადით, სახელწოდებით RuBP, რომ დაიჭიროს ერთი მოლეკულა ნახშირორჟანგი და შექმნას მოლეკულა ექვსი ნახშირბადით. ეს იყოფა ორ თანაბარ ნაწილად და ერთი ნახევარი გამოდის ციკლიდან, როგორც შაქრის მოლეკულა.

მეორე ნახევარი გარდაიქმნება მოლეკულაში ხუთი ნახშირბადით, ATP და NADPH– ს მონაწილეობით მიღებული რეაქციების წყალობით. შემდეგ, ციკლი თავიდან იწყება. სხვა ბაქტერიები საპირისპიროს ეყრდნობიან კრებსის ციკლი, ეს არის ქიმიური რეაქციების სერია, რომლებიც ელექტრონების დონორებს (მაგალითად, წყალბადს, სულფიდს ან თიოსულფატს) იყენებს ორგანული ნახშირბადის არაორგანული ნაერთებისგან ნახშირორჟანგისა და წყლისგან.

ფოტოტროფები, რომლებიც იყენებენ ფოტოსინთეზს (ე.წ. ფოტოავტოტროპები) ქმნიან კვების ჯაჭვის ფუძეს. სხვა ორგანიზმებს, რომლებსაც არ შეუძლიათ ფოტოსინთეზის შესრულება, იღებენ საწვავს ფოტორეოტროფული ორგანიზმების საკვების წყაროს გამოყენებით.

იმის გამო, რომ მათ არ შეუძლიათ სინათლე საწვავად გადააკეთონ, ამ ორგანიზმებს უბრალოდ ჭამენ ორგანიზმებს, რომლებიც იყენებენ და იყენებენ თავიანთ სხეულებს, როგორც ენერგიის წყაროს. მას შემდეგ, რაც ნახშირბადის ფიქსაცია იყენებს ნახშირორჟანგს საწვავის წარმოქმნით შაქრის მოლეკულების სახით, ფოტოტროფები ხელს უწყობენ ნახშირორჟანგის ჭარბი შემცირებას ატმოსფეროში.

ფოტოტროფებმა შესაძლოა პასუხისმგებლობაც კი ატმოსფეროში არსებულ თავისუფალ ჟანგბადზე, რომელიც საშუალებას გაძლევთ სუნთქვა და აყვავება დედამიწაზე. ეს შესაძლებლობა, რომელსაც ჟანგბადის დიდი მოვლენა ეწოდება, გვთავაზობს ამას ციანობაქტერიები ფოტოსინთეზის ჩატარებამ და ჟანგბადის გამოყოფამ, როგორც სუბპროდუქტმა, საბოლოოდ წარმოქმნა ძალიან ბევრი ჟანგბადი, რკინის ათვისების მიზნით გარემოში.

ეს სიჭარბე ატმოსფეროს ნაწილი გახდა და ჩამოყალიბდა ევოლუცია პლანეტაზე ამ მომენტიდან, რაც საშუალებას იძლევა საბოლოოდ გაჩნდეს ადამიანი.