Lai gan no pirmā acu uzmetiena tie var šķist ļoti atšķirīgi vai pat sarežģītāki, prokariotiem ir vismaz viena kopīga iezīme ar visiem pārējiem organismiem: nepieciešama degviela vadīt viņu dzīvi. Prokarioti, kas ietver organismus baktēriju un arheju domēnos, ir ļoti dažādi metabolisma vai ķīmisko reakciju dēļ, ko organismi izmanto degvielas ražošanai.
Piemēram, viena prokariotu kategorija, ko sauc ekstremofīli, zelt apstākļos, kas iznīcina citas dzīvības formas, piemēram, dziļi okeānā esošais hidrotermālo atveru pārkarsētais ūdens. Šīs sēra baktērijas lieliski izturas pret ūdens temperatūru līdz 750 grādiem pēc Fārenheita, un degvielu tās iegūst no sērūdeņraža, kas atrodas ventilācijas atverēs.
Daži no vissvarīgākajiem prokariotiem paļaujas uz fotonu uztveršanu, lai ražotu degvielu fotosintēzes ceļā. Šie organismi ir fototrofi.
Kas ir fototrofs?
Vārds fototrofs dod pirmo pavedienu, atklājot, kas padara šos organismus svarīgus. Grieķu valodā tas nozīmē “vieglu barību”. Vienkāršāk sakot, fototrofi ir organismi, kas enerģiju iegūst no fotoniem vai gaismas daļiņām. Jūs to droši vien jau zināt
zaļie augi izmantojiet gaismu enerģijas iegūšanai fotosintēze.Tomēr šis process neaprobežojas tikai ar augiem. Daudzi prokariotu un eikariotu organismi veic fotosintēzi, lai pagatavotu savu pārtiku, ieskaitot fotosintētiskās baktērijas un dažas aļģes.
Kamēr fotosintēze ir līdzīga visiem organismiem, kas to dara, baktēriju fotosintēzes process ir mazāk sarežģīts nekā augu fotosintēze.
Kas ir baktēriju hlorofils?
Tāpat kā zaļie augi, fototrofiskās baktērijas izmanto pigmentus, lai uztvertu fotonus kā fotosintēzes enerģijas avotus. Attiecībā uz baktērijām tie ir bakteriohlorofiliem atrodams plazmas membrānā (nevis hloroplasts kā augs hlorofils pigmenti).
Bakteriohlorofilos ir septiņas zināmas šķirnes, kas apzīmētas ar a, b, c, d, e, cs vai g. Katrs variants ir strukturāli atšķirīgs un tāpēc spēj absorbēt noteiktu spektra gaismu no spektra, sākot no infrasarkanā starojuma līdz sarkanai gaismai līdz tālu sarkanai gaismai. Fototrofiskās baktērijas saturošā bakteriohlorofila tips ir atkarīgs no tā sugas.
Baktēriju fotosintēzes posmi
Tāpat kā augu fotosintēze, baktēriju fotosintēze notiek divos posmos: gaismas reakcijas un tumšas reakcijas.
Iekš gaismas skatuve, bakteriohlorofili uztver fotonus. Šīs gaismas enerģijas absorbēšanas process aizrauj bakteriohlorofilu, izraisot elektronu pārneses lavīnu un galu galā radot adenozīna trifosfāts (ATP) un nikotinamīda adenīna dinukleotīda fosfāts (NADPH).
Iekš tumšā stadija, tās ATP un NADPH molekulas tiek izmantotas ķīmiskās reakcijās, kas oglekļa dioksīdu pārveido par organisko oglekli, izmantojot procesu, ko sauc par oglekļa fiksāciju.
Dažāda veida baktērijas ražo degvielu, dažādos veidos piesaistot oglekli, izmantojot oglekļa avotu, piemēram, oglekļa dioksīdu. Piemēram, zilaļģes izmanto Kalvina cikls. Šis mehānisms izmanto savienojumu ar pieciem oglekļiem, ko sauc par RuBP, lai noķertu vienu oglekļa dioksīda molekulu un izveidotu molekulu ar sešiem oglekļiem. Tas sadalās divos vienādos gabalos, un viena puse iziet no cikla kā cukura molekula.
Otra puse pārveidojas par molekulu ar pieciem oglekļiem, pateicoties reakcijām, kas saistītas ar ATP un NADPH. Tad cikls sākas no jauna. Citas baktērijas paļaujas uz pretējo Krebsa cikls, kas ir virkne ķīmisko reakciju, kurās tiek izmantoti elektronu donori (piemēram, ūdeņradis, sulfīds vai tiosulfāts), lai no neorganiskajiem savienojumiem oglekļa dioksīda un ūdens iegūtu organisko oglekli.
Kāpēc fototrofi ir svarīgi?
Fototrofi, kas izmanto fotosintēzi (sauc fotoautrofi) veido barības ķēdes pamatu. Citi organismi, kas nespēj veikt fotosintēzi, iegūst degvielu, izmantojot fotoautotrofiskos organismus kā pārtikas avotu.
Tā kā viņi paši nespēj pārveidot gaismu par degvielu, šie organismi vienkārši apēd organismus, kuri to dara, un izmanto viņu ķermeņus kā enerģijas avotu. Tā kā oglekļa fiksēšana izmanto oglekļa dioksīdu, lai ražotu degvielu cukura molekulu veidā, fototrofi palīdz samazināt oglekļa dioksīda daudzumu atmosfērā.
Fototrofi var būt pat atbildīgi par brīvo skābekli atmosfērā, kas ļauj elpot un uzplaukt uz Zemes. Šī iespēja - to sauc par Lielo skābekļa notikumu - to ierosina zilaļģes veicot fotosintēzi un atbrīvojot skābekli kā blakusproduktu, galu galā radās pārāk daudz skābekļa, lai vidē to absorbētu dzelzs.
Šis pārpalikums kļuva par atmosfēras daļu un veidojās evolūcija no šī punkta uz priekšu, ļaujot cilvēkiem galu galā parādīties.
