Phototroph (การเผาผลาญโปรคาริโอต): มันคืออะไร?

แม้ว่าในแวบแรกอาจดูแตกต่างหรือซับซ้อนน้อยกว่า แต่โปรคาริโอตมีสิ่งหนึ่งที่เหมือนกันกับสิ่งมีชีวิตอื่น ๆ อย่างน้อยหนึ่งอย่าง: ต้องการเชื้อเพลิง เพื่อขับเคลื่อนชีวิตของพวกเขา โปรคาริโอตซึ่งรวมถึงสิ่งมีชีวิตในโดเมนของแบคทีเรียและอาร์เคีย มีความหลากหลายมากในการเผาผลาญอาหาร หรือปฏิกิริยาเคมีที่สิ่งมีชีวิตใช้ในการผลิตเชื้อเพลิง

ตัวอย่างเช่น โปรคาริโอตประเภทหนึ่งเรียกว่า extremophilesเจริญเติบโตในสภาวะที่จะทำลายสิ่งมีชีวิตอื่นๆ เช่น น้ำร้อนจัดของปล่องไฮโดรเทอร์มอลที่อยู่ลึกลงไปในมหาสมุทร แบคทีเรียกำมะถันเหล่านี้จัดการอุณหภูมิของน้ำได้สูงถึง 750 องศาฟาเรนไฮต์ได้ดี และพวกมันได้เชื้อเพลิงจากไฮโดรเจนซัลไฟด์ที่พบในช่องระบายอากาศ

โปรคาริโอตที่สำคัญที่สุดบางตัวอาศัยการจับโฟตอนเพื่อผลิตเชื้อเพลิงผ่านการสังเคราะห์ด้วยแสง สิ่งมีชีวิตเหล่านี้คือ phototrophs.

คำ phototrophtrop ให้เบาะแสแรกที่เผยให้เห็นสิ่งที่ทำให้สิ่งมีชีวิตเหล่านี้มีความสำคัญ ในภาษากรีกแปลว่า "อาหารบำรุงแสง" พูดง่ายๆ โฟโตโทรฟคือสิ่งมีชีวิตที่ได้รับพลังงานจากโฟตอนหรืออนุภาคของแสง คุณคงรู้แล้วว่า พืชสีเขียว ใช้แสงสร้างพลังงานผ่าน การสังเคราะห์ด้วยแสง.

อย่างไรก็ตาม กระบวนการนี้ไม่ได้จำกัดเฉพาะพืชเท่านั้น สิ่งมีชีวิตโปรคาริโอตและยูคาริโอตจำนวนมากทำการสังเคราะห์ด้วยแสงเพื่อสร้างอาหารของพวกมันเอง รวมถึงแบคทีเรียสังเคราะห์แสงและบางชนิด สาหร่าย.

แม้ว่าการสังเคราะห์ด้วยแสงจะคล้ายคลึงกันในบรรดาสิ่งมีชีวิตทั้งหมดที่มีการสังเคราะห์แสง แต่กระบวนการสังเคราะห์แสงของแบคทีเรียนั้นซับซ้อนน้อยกว่าการสังเคราะห์ด้วยแสงของพืช

เช่นเดียวกับพืชสีเขียว แบคทีเรียโฟโตโทรฟิกใช้เม็ดสีเพื่อจับโฟตอนเป็นแหล่งพลังงานสำหรับการสังเคราะห์ด้วยแสง สำหรับแบคทีเรีย ได้แก่ แบคเทอริโอคลอโรฟิลล์ พบในพลาสมาเมมเบรน (มากกว่าใน คลอโรพลาสต์ เหมือนต้นไม้ คลอโรฟิลล์ เม็ดสี)

แบคทีเรียมีอยู่ใน 7 สายพันธุ์ที่รู้จัก ได้แก่ a, b, c, d, e, c_ส หรือกรัม แต่ละตัวแปรมีโครงสร้างแตกต่างกัน ดังนั้นจึงสามารถดูดซับแสงบางประเภทจากสเปกตรัมได้ ตั้งแต่การแผ่รังสีอินฟราเรดไปจนถึงแสงสีแดงจนถึงแสงสีแดง ชนิดของแบคทีเรียที่ประกอบด้วยแบคทีเรียโฟโตโทรฟิกขึ้นอยู่กับชนิดของแบคทีเรีย

เช่นเดียวกับการสังเคราะห์ด้วยแสงของพืช การสังเคราะห์ด้วยแสงของแบคทีเรียเกิดขึ้นในสองขั้นตอน: ปฏิกิริยาแสง และ ปฏิกิริยามืด.

ใน เวทีแสง, แบคทีเรียจับโฟตอน กระบวนการดูดซับพลังงานแสงนี้กระตุ้นแบคทีเรียคลอโรฟิลล์ ทำให้เกิดการถล่มของการถ่ายโอนอิเล็กตรอนและผลิตได้ในที่สุด อะดีโนซีน ไตรฟอสเฟต (ATP) และนิโคตินาไมด์ อะดีนีน ไดนิวคลีโอไทด์ ฟอสเฟต (NADPH)

ใน เวทีมืดโมเลกุล ATP และ NADPH เหล่านั้นถูกใช้ในปฏิกิริยาเคมีที่เปลี่ยนคาร์บอนไดออกไซด์ให้เป็นคาร์บอนอินทรีย์ผ่านกระบวนการที่เรียกว่าการตรึงคาร์บอน

แบคทีเรียประเภทต่างๆ สร้างเชื้อเพลิงโดยการตรึงคาร์บอนด้วยวิธีต่างๆ โดยใช้แหล่งคาร์บอน เช่น คาร์บอนไดออกไซด์ ตัวอย่างเช่น ไซยาโนแบคทีเรียใช้ วัฏจักรคาลวิน. กลไกนี้ใช้สารประกอบที่มีคาร์บอน 5 ชนิดเรียกว่า RuBP เพื่อจับโมเลกุลของคาร์บอนไดออกไซด์ 1 โมเลกุล และสร้างโมเลกุลที่มีคาร์บอน 6 ตัว สิ่งนี้แบ่งออกเป็นสองส่วนเท่า ๆ กัน และครึ่งหนึ่งออกจากวัฏจักรเป็นโมเลกุลน้ำตาล

อีกครึ่งหนึ่งเปลี่ยนเป็นโมเลกุลที่มีคาร์บอน 5 ตัว ต้องขอบคุณปฏิกิริยาที่เกี่ยวข้องกับ ATP และ NADPH จากนั้นวงจรก็เริ่มขึ้นอีกครั้ง แบคทีเรียชนิดอื่นต้องพึ่งพาสิ่งตรงกันข้าม เครบส์ ไซเคิลซึ่งเป็นชุดของปฏิกิริยาเคมีที่ใช้ผู้ให้อิเล็กตรอน (เช่น ไฮโดรเจน ซัลไฟด์ หรือไธโอซัลเฟต) เพื่อผลิตคาร์บอนอินทรีย์จากสารประกอบอนินทรีย์คาร์บอนไดออกไซด์และน้ำ

Phototrophs ที่ใช้การสังเคราะห์ด้วยแสง (เรียกว่า photoautotrophs) สร้างฐานของห่วงโซ่อาหาร สิ่งมีชีวิตอื่นๆ ที่ไม่สามารถทำการสังเคราะห์ด้วยแสงได้เชื้อเพลิงโดยใช้สิ่งมีชีวิตที่มีแสงอัตโนมัติเป็นแหล่งอาหาร

เนื่องจากไม่สามารถแปลงแสงเป็นเชื้อเพลิงได้เอง สิ่งมีชีวิตเหล่านี้จึงกินสิ่งมีชีวิตที่ทำและใช้ร่างกายเป็นแหล่งพลังงาน เนื่องจากการตรึงคาร์บอนใช้คาร์บอนไดออกไซด์ในการผลิตเชื้อเพลิงในรูปของโมเลกุลน้ำตาล phototrophs จึงช่วยลดคาร์บอนไดออกไซด์ส่วนเกินในชั้นบรรยากาศ

โฟโตโทรฟอาจเป็นตัวกำหนดออกซิเจนอิสระในชั้นบรรยากาศที่ช่วยให้คุณหายใจและเจริญเติบโตบนโลกได้ ความเป็นไปได้นี้เรียกว่า Great Oxygenation Event เสนอว่า ไซยาโนแบคทีเรีย สังเคราะห์แสงและปล่อยออกซิเจนเป็นผลพลอยได้ในที่สุดผลิตออกซิเจนมากเกินไปที่ธาตุเหล็กจะดูดซึมในสิ่งแวดล้อม

ส่วนเกินนี้กลายเป็นส่วนหนึ่งของชั้นบรรยากาศและรูปร่าง วิวัฒนาการ บนโลกจากจุดนั้นไปข้างหน้า ทำให้เป็นไปได้ที่มนุษย์จะโผล่ออกมาในที่สุด