Особливості фотосинтезуючих бактерій

Зміст

  • Не тільки кисень
  • Оксигенів
  • Аноксигенний
  • Фотосинтез і азотфіксація
  • Пігменти

Автотрофи без хлорофілу Роль фотосинтезу для нашої планети
Фотосинтезуючі бактерії (інша назва – фототрофниє) – різновид мікроорганізмів-автотрофів, здатних самостійно виробляти з неорганічних речовин органічні. Присутні в їхніх клітинах пігменти поглинають енергію Сонця і використовують її для фотосинтезу. Така здатність зближує фотосинтезуючі бактерії, водорості та вищі рослини. Альтернативою за відсутності світла є хемосинтез (від латинського хемо – хімічний) – отримання енергії від окислення хімічних сполук.

В даний час описано більше 50 видів фотосинтезуючих мікроорганізмів. Їх здатність до фотосинтезу була доведена американським ученим голландського походження Корнеліс Бернардус ван Нілем в 1931 році. Він же виявив одну особливість фотосинтезу у серобактерий – те, що донором атомів водню у них є сполуки сірки, зокрема, сірководень. Їм було запропоновано рівняння фотосинтезу, що об’єднувало вищі рослини і фотосинтезуючі бактерії.

Автотрофні бактерії часто є жителями водойм. У природному середовищі рідко зустрічаються поодинокі клітини – частіше вони утворюють об’єднання у вигляді ланцюжків, зірок, осередків або пластинок, оточені захисним слизом. Довжина клітин коливається від 1-2 до 50 мкм. Вони мають різну геометрію – відомі коки, палички, покручені; можуть бути рухомими і нерухомими, мати вирости, ворсинки або джгутики. Така будова дозволяє їм демонструвати різні види орієнтованого руху – фото-, хемо- і аеро таксис (рух в напрямку джерела світла, підвищення або зниження концентрації у воді хімічних речовин або повітря). Найбільшими є пурпурні серобактерии (Purple bacteria). Розмножуються вони простим (бінарним) поділом або брунькуванням, що не забарвлюються за Грамом (грамнегативні). пурпурні серобактерии (Purple bacteria)

Будова автотрофних бактерій має ряд особливостей, більшість з яких пов’язана з їх здатністю до хемо- і фотосинтезу. Зокрема, мембрани фотосинтезуючих форм утворюють в клітинах структури, звані тилакоїди, на поверхні яких зібраний Фотосинтезуючі апарат. Будова автотрофних бактерій дало привід біологам вважати, що вищі рослини наявністю хлоропластів зобов’язані бактеріям-симбіонтам.

Не тільки кисень
Цікавою особливістю бактеріального фотосинтезу вважається те, що не завжди в його результаті утворюється кисень. Мало того, багато фотосинтезуючі бактерії – анаероби і не можуть жити у присутності кисню, воліючи окисляти сірководень, тіосульфати, молекулярний водень, сірку, яка далі може перетворюватися на сульфати.

Бактеріальний фотосинтез не завжди протікає з споживанням вуглекислого газу. Замість нього фотосинтезуючі мікроорганізми можуть використовувати інші речовини – сполуки сірки, наприклад.

Існують фотоавтотрофні і фотогетеротрофний бактерії. Перші здатні жити без органічних речовин, синтезуючи для себе все необхідне самостійно, другі – не мають такої здатності і потребують органіці для повноцінного росту.
До фотосинтезуючим бактеріям відносять оксигенів і аноксигенний мікроорганізми.

Ціанобактерії, представники бактерій-фотосинтетиков
Оксигенів
У результаті фотосинтезу виділяють кисень. До їх числа відносять ціанобактерії (у тому числі азотфіксуючі), які містять у своїх клітинах хлорофіл А, як і фотосинтезуючі рослини. Асиміляція вуглекислого газу у фотосинтезуючих ціанобактерій, які також називають синезеленими водоростями, відбувається з використанням водню молекул води.

Аноксигенний
Ці фотосинтезуючі мікроорганізми проводять фотосинтез, не виділяючи при цьому кисень. У них містяться бактериохлорофиллами, що відрізняються від тих, які використовують для фотосинтезу рослини. У цю групу входять два різновиди мікроорганізмів:
Пурпурні несерние бактерії, для яких донором водню виступають органічні сполуки. Серед них зустрічаються види, здатні жити на середовищах, в яких немає органіки. Проте основне їх число вважається облігатними гетеротрофами, тобто потребують органічних речовинах для свого існування.
Пурпурні і зелені серобактерии, що використовують в якості постачальника водню не воду, а сірководень. Останні утворюють кольорові шари води і нальоти на каменях прісних і солоних водойм і накопичують у своїх клітках сірку.
Зелені серобактерии і ціанобактерії є облігатними фототрофів і не можуть існувати без світла. Пурпурні несерние бактерії відносяться до числа факультативних фототрофів і здатні тривалий час існувати без світла або при низькій освітленості. Проміжне становище займають пурпурні сірчані бактерії.
Нещодавно були виявлені нитчасті зелені несерние бактерії, нездатні відкладати сірку всередині клітин. Вони являють собою однорідну групу видів, що відрізняються способом харчування (гетероавтотрофний), і здатних жити на органічних субстратах, які містять сірководень і молекулярний водень. Серед них багато грампозитивних і грамваріабельние видів, забарвлення яких залежить від умов їх існування.

Схема фотосинтезу
Фотосинтез і азотфіксація
Азотфіксація – процес, який змогли освоїти тільки прокаріоти, організми, що не мають оформлених і оточених мембраною ядер. Відбувається він за допомогою спеціального ферменту, названого нитрогеназой. Азотфіксація є різновидом хемосинтезу. Цікаво, що азотфіксуючі хемосинтетичних бактерії – облігатні анаероби, можуть одночасно мати здатність до фотосинтезу і навпаки, тобто є хемо-і фотосинтетиками.
Багато азотфіксуючі бактерії здатні до фотосинтезу. У першу чергу це ціанобактерії. Будова клітин цих мікроорганізмів дозволяє їм розділяти в часі дві фази – вдень вони фотосинтезируют з утворенням кисню, а вночі займаються азотфіксації. Вивчення життєвого циклу ціанобактерії Анаб (анабени) продемонструвало й інший механізм, що дозволяє поєднувати хемо- і фотосинтез в колонії бактерій. При зниженні кількості вуглекислого газу в навколишньому середовищі, деякі клітини припиняють фотосинтез і перетворюються на гетероцисти, усередині яких починається азотфіксація. Цікаво, що при цьому сусідні клітини, що мають різний метаболізм, здатні обмінюватися між собою його продуктами, забезпечуючи існування всієї колонії.

Азотфиксирующие бульбочкові бактерії
Пігменти
Колір фотосинтезуючих бактеріальних колоній залежить від того, які пігменти містяться в їх клітинах. Розрізняють три види фотосинтетичних пігментів – зелені хлорофіли, помаранчеві каротиноїди і коричневі фікобіліни, що входять до складу так званих пігментних антен, будова яких видоспецифічність, а також залежить від інтенсивності світла.

Бактерії, що здійснюють аноксигенний фотосинтез, мають пігментні центри тільки одного типу, ціанобактерії та інші оксигенів мікроорганізми – два центри, з’єднані послідовно. Реакційним центром світлозбиральних пігментних антен є хлорофіл А чи бактериохлорофиллами A, B і G. Ціанобактерії, як і вищі рослини, використовують перший пігменти.
Схема біохімічної революції
Характерною особливістю фикобилинов є те, що вони з’єднуються в комплекси зі специфічними білками, пронизливими мембрани.

Автотрофи без хлорофілу
Такі незвичайні автотрофи були виявлені серед архей Мертвого моря. У їхніх клітинах відсутні зелені хлорофіли – замість них так звані галобактеріі містять бактериородопсин, розташований на поверхні клітинних мембран. Його будова досить цікаво – це комплекс пігменту ретиналя і спеціального білка.
Фотосинтезуючі галобактеріі є гетеротрофами, що живуть в середовищі з високим вмістом солей. Їх колонії мають оранжево-жовтий колір через вміст в клітинах великої кількості каротиноїдів. Фотосинтез у даних організмів починається тільки в умовах низької концентрації кисню. Вони не можуть існувати в слабосоленим умовах і демонструють позитивний хемотаксис (рух) у бік місць з високим вмістом солей.

Посилання на основну публікацію