Mikrobielle Photosynthese

Die mikrobielle Photosynthese umfasst die sauerstoffproduzierende Photosynthese von Cyanobakterien und die anoxygene Photosynthese mehrerer Bakteriengruppen, Prozesse, die die Chemie der frühen Erde prägten.

Definition

Mikrobielle Photosynthese ist die Umwandlung von Lichtenergie in chemische Energie durch Mikroorganismen, die sowohl oxygene Formen, die Sauerstoff durch Wasserspaltung freisetzen, als auch anoxygene Formen, die andere Elektronendonoren nutzen, umfasst.

Scope

Dieses Thema behandelt Photopigmente wie Chlorophylle und Bakteriochlorophylle; die Lichtsammelkomplexe und das photosynthetische Reaktionszentrum; die oxygene Photosynthese in Cyanobakterien mit ihren zwei Photosystemen und der Wasserspaltungschemie; die anoxygene Photosynthese in Purpur- und Grünen Bakterien unter Verwendung eines einzelnen Photosystems und anderer Elektronendonoren als Wasser; sowie die evolutionäre und umweltbezogene Bedeutung der Phototrophie.

Core questions

• Wie fangen Photopigmente Licht ein und initiieren die Energieumwandlung?
• Was unterscheidet die oxygene von der anoxygenen Photosynthese?
• Wie hat die cyanobakterielle Photosynthese die frühe Atmosphäre verändert?
• Welche Elektronendonoren verwenden anoxygene Phototrophe anstelle von Wasser?

Key concepts

• Chlorophylle und Bakteriochlorophylle
• Lichtsammelkomplexe und Reaktionszentren
• Oxygene Photosynthese und Wasserspaltung
• Anoxygene Photosynthese
• Das Große Oxidationsereignis

Key theories

Vergleichende Photosynthese

Cornelis van Niel schlug einen allgemeinen Rahmen vor, in dem die Photosynthese Licht nutzt, um den Transfer von Elektronen von einem Donor zu Kohlendioxid anzutreiben, wobei Wasser nur ein möglicher Donor ist, wodurch oxygene und anoxygene Formen vereinheitlicht wurden.

Mechanisms

Photopigmente absorbieren Licht und übertragen die Energie auf Reaktionszentren, wo die Anregung den Elektronentransfer und die Erzeugung einer Protonenmotorischen Kraft für die ATP-Synthese antreibt. Bei der oxygenen Photosynthese entziehen zwei in Reihe geschaltete Photosysteme dem Wasser Elektronen, wobei Sauerstoff freigesetzt wird, während bei der anoxygenen Photosynthese ein einzelnes Photosystem Donoren wie Schwefelwasserstoff oder organische Verbindungen nutzt und keinen Sauerstoff produziert.

Clinical relevance

Die cyanobakterielle Photosynthese trägt maßgeblich zur globalen Primärproduktion und Sauerstoffversorgung bei, der Aufstieg der oxygenen Photosynthese veränderte die Erdatmosphäre grundlegend, und phototrophe Mikroben sind von wachsendem Interesse für Bioenergie und Kohlenstoffabscheidung.

History

Cornelis van Niel's vergleichende Studien zur bakteriellen und pflanzlichen Photosynthese im frühen zwanzigsten Jahrhundert zeigten, dass Wasser der Elektronendonor bei der oxygenen Photosynthese ist, während anoxygene Bakterien andere Donoren verwenden, eine vereinheitlichende Erkenntnis, die das Verständnis der Nutzung von Lichtenergie neu gestaltete.

Key figures

• Cornelis van Niel
• Sergei Winogradsky

Seminal works

• madigan2018
• willey2020

Frequently asked questions

Was ist anoxygene Photosynthese?

Anoxygene Photosynthese ist eine Form der lichtgetriebenen Energieumwandlung, die von bestimmten Bakterien durchgeführt wird, die andere Elektronendonoren als Wasser, wie z.B. Schwefelwasserstoff, verwenden und daher keinen Sauerstoff produzieren. Sie verwendet ein einzelnes Photosystem anstelle der zwei, die in oxygenen Phototrophen gefunden werden.