1. Моя освіта – реферати, конспекти, доповіді
  2. Біологія
  3. Кольорові бактерії: фотосинтез і його особливості

Кольорові бактерії: фотосинтез і його особливості

Зміст

  • Автотрофи і гетеротрофи
  • Синьо-зелених водоростей – вершина бактеріальної еволюції
  • Трохи про фотосинтезі
  • Аноксигенний синтез
  • Оксигенів синтез
  • Етапи фотосинтезу
  • Пігменти

Бактерії з’явилися на Землі близько трьох з половиною мільярдів років тому і мільярд років були єдиною формою життя на нашій планеті. Їх будова є одним з найбільш примітивних, проте існують види, що мають ряд істотних поліпшень у своїй структурі. Наприклад, фотосинтез бактерій, які також називаються синезеленими водоростями, аналогічний тому, який відбувається у вищих рослин. Гриби ж не здатні до фотосинтезу.

Схема фотосинтезу бактерій
Найбільш прості за будовою ті бактерії, які заселяють сероводородсодержащего гарячі джерела і глибинні придонні відклади мулу. Вершиною еволюції вважається поява синезелених водоростей, або ціанобактерій.
Питання про те, які з прокаріот здатні до синтезу, давно вже вивчається фахівцями-биохимиками. Саме вони виявили, що деякі з них здатні до самостійного харчування. Фотосинтез бактерій схожий на той, який відбувається у рослин, але має цілий ряд особливостей.

Аутотрофи і гетеротрофи
Розрізняють дві великі групи живих організмів – автотрофи, здатні отримувати органічні речовини за допомогою таких процесів, як фото- і хемосинтез, і гетеротрофи, що вимагають для свого харчування готову органіку. Більшість бактерій, а також гриби не здатні до фотосинтезу, бо не мають у своєму складі спеціальних пігментів для автотрофного харчування. У свою чергу, гетеротрофи діляться на симбіонтів, паразитів, і сапрофітів.

Аутотрофний прокаріоти здатні до харчування за допомогою фотосинтезу, оскільки містять необхідні для цього структури. Фотосинтез таких бактерій – це здатність, що забезпечила можливість існування сучасних гетеротрофів, таких як гриби, тварини, мікроорганізми.

Цікаво, що синтез у аутотрофний прокаріот відбувається в більш довгохвильовому діапазоні, ніж у рослин. Зелені бактерії здатні синтезувати органічні речовини, поглинаючи світло довжиною хвилі до 850 нм, у пурпурних, що містять бактеріохлорофіл A, це відбувається при довжині хвилі до 900 нм, а у тих, які містять бактеріохлорофіл B, – до 1100 нм. Якщо зробити аналіз поглинання світла in vivo, то виявиться, що існує кілька піків, і знаходяться вони в інфрачервоній області спектра. Ця особливість зелених і пурпурних бактерій дає їм можливість існувати в умовах наявності тільки невидимих ​​інфрачервоних променів.

Типи хемотрофов
Однією з незвичайних різновидів аутотрофний харчування є хемосинтез. Це процес, в якому енергію для утворення органічних речовин організм отримує з реакції окисного перетворення неорганічних сполук. Фото- і хемосинтез у автотрофні бактерій подібні тим, що енергія від хімічної реакції окислення спочатку накопичується у вигляді АТФ і тільки потім передається процесу асиміляції. До числа видів, життєдіяльність яких забезпечує хемосинтез, відносяться наступні:

Залізобактерій. Існують за рахунок окислення заліза.
Нитрифицирующие. Хемосинтез цих мікроорганізмів налаштований на переробку аміаку. Багато є симбіонтом рослин.

Серобактерии і тіонобактеріі. Переробляють сполуки сірки.
Водневі бактерії, хемосинтез яких дозволяє їм при високій температурі окисляти молекулярний водень.
Бактерії, харчування яких забезпечує хемосинтез, не здатні до фотосинтезу, бо не можуть використовувати як джерело енергії сонячне світло.

Синьо-зелених водоростей – вершина бактеріальної еволюції
Фотосинтез цианей відбувається так само, як і у рослин, що відрізняє їх від інших прокаріот, а також грибів, піднімаючи на вищу ступінь еволюційного розвитку. Вони є облігатними фототрофів, оскільки не можуть існувати без світла. Однак деякі мають здатність азотфіксації і утворюють симбіози з вищими рослинами (як і деякі гриби), зберігаючи при цьому здатність до фотосинтезу. Нещодавно було виявлено, що у цих прокариот існують тилакоїди, відособлені від складок клітинної стінки, як у еукаріот, що дає можливість зробити висновки про направлення еволюції фотосинтезуючих систем.

Синьо-зелені водорості під мікроскопом
Іншими відомими симбионтами цианей є гриби. З метою спільного виживання в суворих кліматичних умовах вони вступають в симбіотичні відносини. Гриби в цій парі грають роль коренів, отримуючи із зовнішнього середовища мінеральні солі і воду, а водорості здійснюють фотосинтез, поставляючи органічні речовини. Водорості та гриби, що входять до складу лишайників, не змогли б вижити в таких умовах роздільно. Крім таких симбіонтів, як гриби, у цианей є ще друзі серед губок.

Трохи про фотосинтезі
Фотосинтез у зелених рослин і прокаріот- основа органічного життя на нашій планеті. Це процес утворення цукрів з води і вуглекислого газу, який відбувається за допомогою спеціальних пігментів. Саме завдяки їм бактерії, колонії яких пофарбовані, здатні до фотосинтезу. Вирізняється в результаті кисень, без якого не можуть існувати тварини, в даному процесі є побічним продуктом. Всі гриби і багато прокаріотів не здатні до синтезу, тому що вони не зуміли в процесі еволюції обзавестися потрібними для цього пігментами.

У рослин фотосинтез відбувається в хлоропластах. У клітинах зелених, пурпурних і ціанобактерій пігменти також прикріплені до мембрани. Тобто синтез прокаріот також відбувається в спеціальних бульбашках, які називаються тилакоїди. Тут же розташовані системи, які передають електрони і ферменти.
Порівнюючи фотосинтез прокаріот і вищих рослин, деякі вчені прийшли до висновку, що рослинні хлоропласти – не що інше, як нащадки зелених бактерій. Це симбіонти, що пристосувалися до життя всередині більш розвинених еукаріот (клітини таких організмів, на відміну від бактеріальних, мають даний ядро).
Існує два різновиди фотосинтезу – оксигенів і аноксигенний. Перший найбільш поширений у рослин, ціанобактерій і прохлорофітов. Другий відбувається у пурпурних, деяких зелених і геліобактерій.

Види фотосинтезу бактерій
Аноксигенний синтез
Відбувається без виділення кисню в навколишнє середовище. Він характерний для зелених і пурпурних бактерій, які є своєрідними реліктами, що збереглися до наших днів з найдавніших часів. Фотосинтез всіх пурпурних бактерій має одну особливість. Вони не можуть користуватися водою, як донором водню (це більш характерно для рослин) і потребують речовинах з більш високими ступенями відновлення (органікою, сірководнем або молекулярним воднем). Синтез забезпечує харчування зелених і пурпурних бактерій і дозволяє їм заселяти прісні і солоні водойми.

Оксигенів синтез
Відбувається з виділенням кисню. Він характерний для ціанобактерій. У цих мікроорганізмів процес проходить аналогічно фотосинтезу рослин. До складу пігментів у ціанобактерій входять хлорофіл А, фікобіліни і каротиноїди.

Етапи фотосинтезу
Відбувається синтез в три етапи.
Фотофізичних. Відбувається поглинання світла з збудженням пігментів і передачею енергії іншим молекулам фотосинтезуючої системи.
Фотохімічний. На цьому етапі фотосинтезу у зелених або пурпурних бактерій отримані заряди розділяються і електрони переносяться по ланцюжку, яка завершується утворенням АТФ і НАДФ.

Хімічний. Відбувається без світла. Включає в себе біохімічні процеси синтезу органічних речовин у пурпурних, зелених і ціанобактерій з використанням енергії, накопиченої на попередніх стадіях. Наприклад, це такі процеси, як цикл Кальвіна, глюкогенеза, що завершуються утворенням цукрів і крохмалю.

Пігменти
Фотосинтез бактерій має цілий ряд особливостей. Наприклад, хлорофіли в даному випадку свої, особливі (хоча у деяких виявлені і пігменти, аналогічні тим, які працюють у зелених рослин).

Хлорофіли, які беруть участь у фотосинтезі зелених і пурпурних бактерій, подібні за своєю будовою з тими, які зустрічаються у рослин. Найбільш поширені хлорофіли А1, C і D, зустрічаються також AG, А, B Основний каркас у цих пігментів має однакову будову, відмінності полягають у бічних гілках.

Бактеріальні хлорофіли, чим вони відрізняються від рослинних
З погляду фізичних властивостей хлорофіли рослин, пурпурних, зелених і ціанобактерій являють собою аморфні речовини, добре розчинні у спирті, етиловому ефірі, бензолі і нерозчинні у воді. Вони мають два максимуми поглинання (один в червоній, а інший – у синій областях спектра) і забезпечують максимальну ефективність фотосинтезу у звичайних бактерій і ціанобактерій.
Молекула хлорофілу складається з двох частин.

Магнійпорфіріновое кільце формує гідрофільну пластинку, розміщену на поверхні мембрани, а фитол розташовується під кутом до цієї площини. Він утворює гідрофобний полюс і занурений в мембрану.

У синьо-зелених водоростей виявлені також фікоціанобіліни – жовті пігменти, що дозволяють молекулам ціанобактерій поглинати той світ, який не використовується зеленими мікроорганізмами і хлоропластами рослин. Саме тому максимуми поглинання у них знаходяться в зеленій, жовтого і оранжевого частинах спектра.

Всі види пурпурних, зелених і ціанобактерій містять також жовті пігменти – каротиноїди. Їх склад унікальний для кожного виду прокаріотів, а піки поглинання світла перебувають у синій і фіолетовою частини спектру. Вони дозволяють бактеріям фотосинтезировать, використовуючи світло проміжної довжини, чим покращують їх продуктивність, можуть бути каналами перенесення електронів, а також захищають клітину від руйнування активним киснем. Крім того, вони забезпечують фототаксис – рух бактерії до джерела світла.

ПОДІЛИТИСЯ:

Дивіться також:
Сальмонели (рід Salmonella)