Иако на први поглед могу изгледати веома различито или чак мање софистицирано, прокарионти имају бар једну заједничку ствар са свим осталим организмима: они захтевају гориво да напајају њихове животе. Прокариоти, који укључују организме у доменима Бактерије и Археје, веома су разноврсни када је реч о метаболизму или хемијским реакцијама које организми користе за производњу горива.
На пример, једна категорија прокариота, тзв екстремофили, успевају у условима који би уништили друге облике живота, попут прегрејане воде хидротермалних отвора дубоко у океану. Ове сумпорне бактерије сасвим добро подносе температуре воде до 750 степени Фахренхеита, а гориво добијају из водоник-сулфида који се налази у вентилационим отворима.
Неки од најважнијих прокариота се ослањају на хватање фотона како би своје гориво производили фотосинтезом. Ови организми су фототрофи.
Шта је фототроф?
Реч фототроф даје први траг који открива шта ове организме чини важним. То на грчком значи „лагана храна“. Једноставно речено, фототрофи су организми који енергију добијају из фотона или честица светлости. То вероватно већ знате
Међутим, овај поступак није ограничен само на биљке. Многи прокариотски и еукариотски организми врше фотосинтезу како би направили властиту храну, укључујући фотосинтетске бактерије и неке алге.
Иако је фотосинтеза слична међу свим организмима који то раде, процес бактеријске фотосинтезе је мање сложен од биљне фотосинтезе.
Шта је бактеријски хлорофил?
Баш као и зелене биљке, фототрофне бактерије користе пигменте за хватање фотона као извора енергије за фотосинтезу. За бактерије су то бактериохлорофили који се налазе у плаземској мембрани (а не у хлоропласти попут биљке хлорофил пигменти).
Бактериохлорофили постоје у седам познатих сорти, означених а, б, ц, д, е, цс или г. Свака варијанта је структурно различита и стога је способна да апсорбује одређену врсту светлости из спектра, у распону од инфрацрвеног зрачења преко црвене светлости до крајње црвене светлости. Тип бактериохлорофила који садржи фототрофна бактерија зависи од његове врсте.
Кораци у бактеријској фотосинтези
Баш као и фотосинтеза биљака, и бактеријска фотосинтеза се одвија у две фазе: светлосне реакције и мрачне реакције.
У светлосна позорница, бактериохлорофили хватају фотоне. Процес апсорпције ове светлосне енергије побуђује бактериохлорофил, покрећући лавину преноса електрона и на крају производећи аденозин трифосфат (АТП) и никотинамид аденин динуклеотид фосфат (НАДПХ).
У мрачна позорница, ти молекули АТП и НАДПХ користе се у хемијским реакцијама које трансформишу угљен-диоксид у органски угљеник кроз процес који се назива фиксација угљеника.
Различите врсте бактерија производе гориво фиксирањем угљеника на различите начине користећи извор угљеника као што је угљен-диоксид. На пример, цијанобактерије користе Цалвинов циклус. Овај механизам користи једињење са пет угљеника названо РуБП да ухвати један молекул угљен-диоксида и формира молекул са шест угљеника. Ово се дели на два једнака дела, а једна половина излази из циклуса као молекул шећера.
Друга половина се трансформише у молекул са пет угљеника, захваљујући реакцијама које укључују АТП и НАДПХ. Затим, циклус почиње поново. Остале бактерије се ослањају на обрнуто Кребсов циклус, што је серија хемијских реакција које користе доноре електрона (попут водоника, сулфида или тиосулфата) за производњу органског угљеника од неорганских једињења угљен-диоксида и воде.
Зашто су фототрофи важни?
Фототрофи који користе фотосинтезу (тзв фотоаутотрофи) чине основу ланца исхране. Остали организми који не могу да изврше фотосинтезу своје гориво добијају коришћењем фотоаутотрофних организама као извора хране.
Будући да сами не могу претворити светлост у гориво, ови организми једноставно једу организме који то чине и користе њихова тела као извор енергије. Пошто фиксирање угљеника користи угљен-диоксид за производњу горива у облику молекула шећера, фототрофи помажу у смањењу вишка угљен-диоксида у атмосфери.
Фототрофи су можда одговорни за слободни кисеоник у атмосфери који вам омогућава да дишете и напредујете на Земљи. Ова могућност - названа Великим догађајем кисеоника - предлаже то цијанобактерија извођењем фотосинтезе и ослобађањем кисеоника као нуспроизвода на крају је произведено превише кисеоника да би га гвожђе апсорбовало у животну средину.
Овај вишак је постао део атмосфере и обликован еволуција на планети од тог тренутка напред, омогућавајући људима да евентуално изроне.