Fototrofia (metabolizmus prokaryotov): Čo je to?

Aj keď sa na prvý pohľad môžu zdať veľmi odlišné alebo dokonca menej sofistikované, prokaryoty majú aspoň jednu spoločnú vlastnosť so všetkými ostatnými organizmami: vyžadovať palivo napájať ich životy. Prokaryotes, ktoré zahŕňajú organizmy v doménach Bacteria a Archaea, sú veľmi rozmanité, pokiaľ ide o metabolizmus alebo chemické reakcie, ktoré organizmy používajú na výrobu paliva.

Napríklad jedna kategória prokaryotov, tzv extremofilov, sa darí v podmienkach, ktoré by vyhladili iné formy života, napríklad prehriatu vodu hydrotermálnych prieduchov hlboko v oceáne. Tieto sírne baktérie zvládajú teploty vody až do 750 stupňov Fahrenheita v pohode a palivo získavajú zo sírovodíka, ktorý sa nachádza vo vetracích otvoroch.

Niektoré z najdôležitejších prokaryotov sa spoliehajú na zachytávanie fotónov, aby produkovali svoje palivo fotosyntézou. Tieto organizmy sú fototrofy.

Slovo fototrof poskytuje prvú indíciu, ktorá ukazuje, čo robí tieto organizmy dôležitými. V gréčtine to znamená „ľahká výživa“. Zjednodušene povedané, fototrofy sú organizmy, ktoré získavajú energiu z fotónov alebo častíc svetla. To už asi vieš

Tento proces sa však neobmedzuje iba na rastliny. Mnoho prokaryotických a eukaryotických organizmov uskutočňuje fotosyntézu, aby si vyrobili vlastnú potravu, vrátane fotosyntetických baktérií a niektorých riasy.

Zatiaľ čo fotosyntéza je podobná medzi všetkými organizmami, ktoré ju robia, proces bakteriálnej fotosyntézy je menej komplikovaný ako fotosyntéza rastlín.

Rovnako ako zelené rastliny, aj fototrofné baktérie používajú pigmenty na zachytávanie fotónov ako zdrojov energie pre fotosyntézu. Pre baktérie to sú bakteriochlorofyly nachádza sa v plazmatickej membráne (skôr ako v plazme) chloroplasty ako rastlina chlorofyl pigmenty).

Bakteriochlorofyly existujú v siedmich známych odrodách označených a, b, c, d, e, c_s alebo g. Každý variant je štrukturálne odlišný, a preto je schopný absorbovať konkrétny typ svetla zo spektra, od infračerveného žiarenia cez červené svetlo až po ďaleko červené svetlo. Typ bakteriochlorofylu, ktorý fototrofná baktéria obsahuje, závisí od jej druhu.

Rovnako ako fotosyntéza rastlín, aj bakteriálna fotosyntéza prebieha v dvoch fázach: svetelné reakcie a temné reakcie.

V svetelné štádium, bakteriochlorofyly zachytávajú fotóny. Proces absorpcie tejto svetelnej energie vzrušuje bakteriochlorofyl, vyvoláva lavínu prenosov elektrónov a nakoniec produkuje adenozíntrifosfát (ATP) a nikotínamid adenín dinukleotid fosfát (NADPH).

V temné štádium, tieto molekuly ATP a NADPH sa používajú v chemických reakciách, ktoré transformujú oxid uhličitý na organický uhlík pomocou procesu nazývaného fixácia uhlíka.

Rôzne druhy baktérií vyrábajú palivo fixáciou uhlíka rôznymi spôsobmi pomocou zdroja uhlíka, ako je oxid uhličitý. Napríklad sinice používajú Calvinov cyklus. Tento mechanizmus využíva zlúčeninu s piatimi uhlíkmi nazývanú RuBP na zachytenie jednej molekuly oxidu uhličitého a na vytvorenie molekuly so šiestimi uhlíkmi. Rozdelí sa to na dva rovnaké kúsky a jedna polovica opustí cyklus ako molekula cukru.

Druhá polovica sa transformuje na molekulu s piatimi uhlíkmi vďaka reakciám zahŕňajúcim ATP a NADPH. Potom sa cyklus začína znova. Ostatné baktérie sa spoliehajú na opačnú stranu Krebsov cyklus, čo je séria chemických reakcií, pri ktorých sa na výrobu organického uhlíka z anorganických zlúčenín oxidu uhličitého a vody používajú donory elektrónov (napríklad vodík, sulfid alebo tiosíran).

Fototrofy, ktoré používajú fotosyntézu (tzv fotoautotrofy) tvoria základ potravinového reťazca. Ostatné organizmy, ktoré nemôžu vykonávať fotosyntézu, získavajú palivo používaním fotoautotrofných organizmov ako zdroja potravy.

Pretože tieto organizmy nedokážu samy premieňať svetlo na palivo, jednoducho zjedia organizmy, ktoré ich robia, a používajú ich ako zdroj energie. Pretože fixácia uhlíka využíva oxid uhličitý na výrobu paliva vo forme molekúl cukru, fototrofy pomáhajú znižovať prebytok oxidu uhličitého v atmosfére.

Fototrofy môžu byť dokonca zodpovedné za voľný kyslík v atmosfére, ktorý vám umožňuje dýchať a prospievať na Zemi. Táto možnosť - nazývaná veľká udalosť okysličenia - to navrhuje sinice uskutočňovaním fotosyntézy a uvoľňovaním kyslíka ako vedľajšieho produktu nakoniec vzniklo príliš veľa kyslíka na to, aby ho železo absorbovalo v prostredí.

Tento prebytok sa stal súčasťou atmosféry a formoval sa vývoj na planéte od tohto bodu, čo umožní ľuďom nakoniec sa objaviť.