Hoewel ze op het eerste gezicht misschien heel anders of zelfs minder geavanceerd lijken, hebben prokaryoten minstens één ding gemeen met alle andere organismen: ze brandstof nodig om hun leven kracht te geven. prokaryoten, waaronder organismen in de domeinen Bacteria en Archaea, zijn zeer divers als het gaat om het metabolisme, of de chemische reacties die de organismen gebruiken om brandstof te produceren.
Bijvoorbeeld, een categorie prokaryoten, genaamd extremofielen, gedijen in omstandigheden die andere levensvormen zouden vernietigen, zoals het oververhitte water van hydrothermale bronnen diep in de oceaan. Deze zwavelbacteriën verwerken watertemperaturen tot 750 graden Fahrenheit prima, en ze halen hun brandstof uit het waterstofsulfide dat in de ventilatieopeningen wordt gevonden.
Enkele van de belangrijkste prokaryoten zijn afhankelijk van het vastleggen van fotonen om hun brandstof te produceren door middel van fotosynthese. Deze organismen zijn fototrofen.
Wat is een fototroof?
Het woord
fototroof geeft de eerste aanwijzing die onthult wat deze organismen belangrijk maakt. Het betekent "lichte voeding" in het Grieks. Simpel gezegd, fototrofen zijn organismen die hun energie halen uit fotonen of lichtdeeltjes. Dat weet je waarschijnlijk al groene planten licht gebruiken om energie door te maken fotosynthese.Dit proces is echter niet beperkt tot planten. Veel prokaryotische en eukaryote organismen voeren fotosynthese uit om hun eigen voedsel te maken, waaronder fotosynthetische bacteriën en sommige algen.
Hoewel fotosynthese vergelijkbaar is bij alle organismen die het doen, is het proces van bacteriële fotosynthese minder gecompliceerd dan fotosynthese bij planten.
Wat is bacterieel chlorofyl?
Net als groene planten gebruiken fototrofe bacteriën pigmenten om fotonen op te vangen als energiebronnen voor fotosynthese. Voor bacteriën zijn dit: bacteriochlorofylen gevonden in het plasmamembraan (in plaats van in chloroplasten zoals plant chlorofyl pigmenten).
Bacteriochlorofylen bestaan in zeven bekende variëteiten, gelabeld a, b, c, d, e, czo of gr. Elke variant is structureel anders en daardoor in staat om een specifiek type licht uit het spectrum te absorberen, variërend van infraroodstraling over rood licht tot verrood licht. Het type bacteriochlorofyl dat een fototrofe bacterie bevat, hangt af van de soort.
Stappen in bacteriële fotosynthese
Net als bij plantenfotosynthese vindt bacteriële fotosynthese plaats in twee fasen: lichte reacties en donkere reacties.
In de licht podium, vangen de bacteriochlorofylen fotonen op. Het proces van het absorberen van deze lichtenergie prikkelt het bacteriochlorofyl, veroorzaakt een lawine van elektronenoverdrachten en produceert uiteindelijk adenosinetrifosfaat (ATP) en nicotinamide-adenine-dinucleotidefosfaat (NADPH).
In de donker podium, worden die ATP- en NADPH-moleculen gebruikt in chemische reacties die koolstofdioxide omzetten in organische koolstof via een proces dat koolstoffixatie wordt genoemd.
Verschillende soorten bacteriën maken brandstof door koolstof op verschillende manieren te fixeren met behulp van een koolstofbron zoals koolstofdioxide. Cyanobacteriën gebruiken bijvoorbeeld de Calvin cyclus. Dit mechanisme gebruikt een verbinding met vijf koolstofatomen, RuBP genaamd, om één molecuul koolstofdioxide op te vangen en een molecuul met zes koolstofatomen te vormen. Dit splitst zich in twee gelijke stukken en de ene helft verlaat de cyclus als een suikermolecuul.
De andere helft verandert in een molecuul met vijf koolstoffen, dankzij reacties met ATP en NADPH. Dan begint de cyclus opnieuw. Andere bacteriën vertrouwen op het omgekeerde citroenzuurcyclus, een reeks chemische reacties waarbij elektronendonoren (zoals waterstof, sulfide of thiosulfaat) worden gebruikt om organische koolstof te produceren uit de anorganische verbindingen koolstofdioxide en water.
Waarom zijn fototrofen belangrijk?
Fototrofen die gebruik maken van fotosynthese (genaamd fotoautotrofen) vormen de basis van de voedselketen. Andere organismen die geen fotosynthese kunnen uitvoeren, krijgen hun brandstof door foto-autotrofe organismen als voedselbron te gebruiken.
Omdat ze zelf geen licht in brandstof kunnen omzetten, eten deze organismen gewoon de organismen die dat wel doen en gebruiken hun lichaam als energiebron. Omdat koolstoffixatie koolstofdioxide gebruikt om brandstof in de vorm van suikermoleculen te produceren, helpen fototrofen om overtollig koolstofdioxide in de atmosfeer te verminderen.
Fototrofen kunnen zelfs verantwoordelijk zijn voor de vrije zuurstof in de atmosfeer die je in staat stelt te ademen en te gedijen op aarde. Deze mogelijkheid - de Great Oxygenation Event genoemd - stelt voor dat: cyanobacteriën het uitvoeren van fotosynthese en het vrijgeven van zuurstof als bijproduct produceerde uiteindelijk te veel zuurstof om door ijzer in de omgeving te worden opgenomen.
Dit overschot werd onderdeel van de atmosfeer en vormde evolutie vanaf dat moment op de planeet, waardoor het mogelijk wordt dat mensen uiteindelijk tevoorschijn komen.