Метаболизм микроорганизмов Фотосинтез у бактерий

Метаболизм микроорганизмов

Фотосинтез у бактерий

Типы питания прокариот • В зависимости от того, какой источник энергии могут использовать бактерии, их разделяют на фототрофов и на хемотрофов • Фототрофы в качестве источника энергии используют свет • Хемотрофы используют энергию, освобождающуюся в процессе окисления химических соединений (органических или неорганических)

Способ образования АТФ Субстратное фосфорилирование Мембранное фосфорилирование (Брожение) (связано с транспортом электронов) Окислительное фосфорилирование Фотофосфорилирование Аэробное дыхание Анаэробное дыхание (акцептор электронов О 2) (акцептор электронов иной, чем О 2)

Типы фототрофного существования Источник Донор Источник Способ Представители энергии электронов углерода существования прокариот Свет Неоргани- CO 2 Фотолито- Цианобактерии, ческие автотрофия пурпурные и соединения зеленые бактерии (H 2 O, H 2 S, Органи- Фотолито- Некоторые циано-, S 0 и др. ) ческие гетеротрофия пурпурные и соединения зеленые бактерии Органи- CO 2 Фотооргано- Некоторые ческие автотрофия пурпурные соединения бактерии Органи- Фотооргано- Некоторые ческие гетеротрофия пурпурные и соединения зеленые бактерии

Фототрофные микроорганизмы • Микроорганизмы, получающие энергию в процессе фотофосфорилирования, которые способны трансформировать световую энергию в химическую (АТФ), являются фототрофными микроорганизмами • Все фототрофные микроорганизмы способны осуществлять фотосинтез • Фотосинтез – процесс образования органических веществ из углекислого газа и воды на свету при участии фотосинтетических пигментов • К фотосинтезирующим микроорганизмам относятся микроскопические водоросли, цианобактерии, пурпурные и зеленые бактерии, прохлорофиты и галобактерии

Фототрофные микроорганизмы • У фототрофных микроорганизмов процессы преобразования световой энергии приводят к синтезу АТФ и образованию восстановителя (НАДН 2 или НАДФН 2), который необходим для фиксации углекислого газа • Энергия света поглощается пигментами, которые содержатся у растений и водорослей в хлоропластах, а у бактерий в мембранных структурах – хлоросомах, тилакоидах и фикобилисомах

Этапы фотосинтеза • Поглощенный квант света переводит молекулу пигмента в возбужденное состояние, связанное с переходом электрона на более высокий энергетический уровень • Поглощенная энергия передается далее в фотохимический реакционный центр и на электронтранспортную цепь, где происходит превращение электромагнитной формы энергии в энергию электрохимического градиента ионов водорода • Электрохимический градиент ионов водорода используется затем для синтеза АТФ • Последний этап фотосинтеза происходит уже без обязательного участия света и включает в себя биохимические реакции синтеза органических веществ с использованием энергии, накопленной на светозависимой стадии

Оксигенный и аноксигенный фотосинтез • У микроорганизмов различают оксигенный и аноксигенный фотосинтез • Оксигенный фотосинтез происходит при участии хлорофилла а и сопровождается выделением молекулярного кислорода в результате фотоокисления воды • Основным источником углерода для микроорганизмов, осуществляющих оксигенный фотосинтез, является углекислый газ, а донором электронов - вода

Оксигенный фотосинтез • В общем виде уравнение оксигенного фотосинтеза может быть представлено следующим образом: • CO 2 + 2 H 2 O (CH 2 O) + H 2 O + 2 O • Оксигенный тип фотосинтеза характерен для цианобактерий и прохлорофитов

Аноксигенный фотосинтез • Аноксигенный фотосинтез происходит при участии бактериохлорофиллов и не сопровождается выделением молекулярного кислорода • Источником углерода при аноксигенном фотосинтезе может служить двуокись углерода (в этом случае имеет место фотоавтотрофия) или органические соединения (в этом случае имеет место фотогетеротрофия)

Аноксигенный фотосинтез • Пурпурные серобактерии используют в качестве источника углерода углекислый газ, а в качестве донора электронов – сероводород • Пурпурные серобактерии являются фотолитоавтотрофными организмами, а уравнение фотосинтеза для них имеет следующий вид: • CO 2 + 2 H 2 S (CH 2 O) + H 2 O + 2 S • Аноксигенный фотосинтез характерен для пурпурных и зеленых бактерий

Фотосинтез у галобактерий • Особый тип фотосинтеза известен у экстремально галофильных архебактерий (галобактерий) • Галобактерии содержат особый хромопротеид пурпурного цвета, который называется бактериородопсин • Галобактерии осуществляют так называемый зависимый от бактериородопсина аноксигенный фотосинтез • Бактериородопсин действует как особая разновидность протонного насоса, который создает на мембране электрохимический градиент ионов водорода, который в свою очередь используется затем для синтеза АТФ

Экологическая роль фототрофных микроорганизмов • Фототрофные микроорганизмы играют важную роль в глобальном круговороте углерода и кислорода на Земле • Фототрофные микроорганизмы являются первичными продуцентами • Фототрофные микроорганизмы вносят лишь небольшой вклад в фотосинтез на суше, однако в океанах микроскопические фотосинтезирующие организмы играют важную роль в фотосинтезе