Čeprav se na prvi pogled zdijo zelo različni ali celo manj izpopolnjeni, imajo prokarionti vsaj eno skupno stvar z vsemi drugimi organizmi: potrebujejo gorivo da jim omogoči življenje. Prokarionti, ki vključujejo organizme na področjih Bakterije in Arheje, so zelo raznolike, kadar gre za presnovo ali kemične reakcije, ki jih organizmi uporabljajo za proizvodnjo goriva.
Na primer, ena kategorija prokariontov, imenovana ekstremofili, uspevajo v pogojih, ki bi uničili druge oblike življenja, na primer pregreta voda hidrotermalnih odprtin globoko v oceanu. Te žveplove bakterije odlično obvladujejo temperature vode do 750 stopinj Celzija, gorivo pa pridobivajo iz vodikovega sulfida, ki ga najdemo v odprtinah.
Nekateri najpomembnejši prokarionti se zanašajo na zajem fotonov, da proizvedejo gorivo s fotosintezo. Ti organizmi so fototrofi.
Kaj je fototrof?
Beseda fototrof poda prvi namig, ki razkriva, zakaj so ti organizmi pomembni. V grščini pomeni "lahko prehrano". Preprosto povedano, fototrofi so organizmi, ki energijo dobivajo iz fotonov ali delcev svetlobe. Verjetno to že veste
zelene rastline uporabite svetlobo za pridobivanje energije skozi fotosinteza.Vendar ta postopek ni omejen na rastline. Številni prokariontski in evkariontski organizmi izvajajo fotosintezo, da bi ustvarili lastno hrano, vključno z fotosintetskimi bakterijami in nekaterimi alg.
Medtem ko je fotosinteza podobna med vsemi organizmi, ki to počnejo, je postopek bakterijske fotosinteze manj zapleten kot fotosinteza rastlin.
Kaj je bakterijski klorofil?
Tako kot zelene rastline tudi fototrofne bakterije uporabljajo pigmente za zajemanje fotonov kot virov energije za fotosintezo. Za bakterije so to bakterioklorofili najdemo v plazemski membrani (in ne v kloroplasti kot rastlina klorofil pigmenti).
Bakterioklorofili obstajajo v sedmih znanih sortah, označenih z a, b, c, d, e, cs ali g. Vsaka varianta je strukturno različna in zato lahko absorbira določeno vrsto svetlobe iz spektra, od infrardečega sevanja do rdeče svetlobe in daleč rdeče svetlobe. Vrsta bakterioklorofila, ki jo vsebuje fototrofna bakterija, je odvisna od njene vrste.
Koraki v bakterijski fotosintezi
Tako kot fotosinteza rastlin se tudi bakterijska fotosinteza odvija v dveh fazah: svetlobne reakcije in temne reakcije.
V svetlobni oder, bakterioklorofili zajemajo fotone. Proces absorpcije te svetlobne energije vzbudi bakterioklorofil, sproži plaz elektronskih prenosov in na koncu proizvede adenozin trifosfat (ATP) in nikotinamid adenin dinukleotid fosfat (NADPH).
V temni oder, molekule ATP in NADPH se uporabljajo v kemijskih reakcijah, ki ogljikov dioksid pretvorijo v organski ogljik s postopkom, imenovanim fiksacija ogljika.
Različne vrste bakterij proizvajajo gorivo tako, da na različne načine fiksirajo ogljik z uporabo vira ogljika, kot je ogljikov dioksid. Na primer, cianobakterije uporabljajo Calvinov cikel. Ta mehanizem uporablja spojino s petimi ogljiki, imenovano RuBP, da ujame eno molekulo ogljikovega dioksida in tvori molekulo s šestimi ogljiki. Ta se razcepi na dva enaka kosa, ena polovica pa izstopi iz cikla kot molekula sladkorja.
Druga polovica se zaradi reakcij, ki vključujejo ATP in NADPH, pretvori v molekulo s petimi ogljiki. Nato se cikel začne znova. Druge bakterije se zanašajo na obratno Krebsov cikel, ki je vrsta kemičnih reakcij, pri katerih se z donorji elektronov (kot so vodik, sulfid ali tiosulfat) proizvaja organski ogljik iz anorganskih spojin ogljikovega dioksida in vode.
Zakaj so fototrofi pomembni?
Fototrofi, ki uporabljajo fotosintezo (imenovani fotoavtotrofi) tvorijo osnovo prehranjevalne verige. Drugi organizmi, ki ne morejo izvesti fotosinteze, gorivo dobijo z uporabo fotoavtotrofnih organizmov kot vira hrane.
Ker sami ne morejo pretvoriti svetlobe v gorivo, ti organizmi preprosto jedo organizme, ki to počnejo, in njihova telesa uporabljajo kot vir energije. Ker fiksiranje ogljika uporablja ogljikov dioksid za proizvodnjo goriva v obliki molekul sladkorja, fototrofi pomagajo zmanjšati odvečni ogljikov dioksid v ozračju.
Fototrofi so lahko celo odgovorni za prosti kisik v ozračju, ki vam omogoča dihanje in uspevanje na Zemlji. Ta možnost - imenovana Veliki dogodek oksigenacije - predlaga to cianobakterije fotosinteza in sproščanje kisika kot stranskega produkta je sčasoma proizvedlo preveč kisika, da bi ga železo absorbiralo iz okolja.
Ta presežek je postal del ozračja in oblikovan evolucija na planetu od te točke naprej, kar omogoča ljudem, da se sčasoma pojavijo.