微生物の光合成

微生物の光合成は、シアノバクテリアの酸素発生型光合成と、いくつかの細菌群による嫌気性光合成にまたがり、これらのプロセスは初期地球の化学組成を形成しました。

Definition

微生物の光合成とは、微生物による光エネルギーの化学エネルギーへの変換であり、水を分解して酸素を放出する酸素発生型と、他の電子供与体を利用する嫌気性型の両方を含みます。

Scope

このトピックでは、クロロフィルやバクテリオクロロフィルなどの光合成色素、集光と光合成反応中心、2つの光化学系と水分解化学を持つシアノバクテリアの酸素発生型光合成、単一の光化学系と水以外の電子供与体を使用する紫色細菌および緑色細菌の嫌気性光合成、そして光栄養の進化的および環境的意義について扱います。

Core questions

• 光合成色素はどのように光を捕らえ、エネルギー変換を開始するのでしょうか？
• 酸素発生型光合成と嫌気性光合成を区別するものは何でしょうか？
• シアノバクテリアの光合成は初期の大気をどのように変革したのでしょうか？
• 嫌気性光栄養生物は水以外のどのような電子供与体を使用するのでしょうか？

Key concepts

• クロロフィルとバクテリオクロロフィル
• 集光と反応中心
• 酸素発生型光合成と水分解
• 嫌気性光合成
• 大酸化イベント

Key theories

比較光合成

コーネリス・ファン・ニールは、光合成が光を利用して電子供与体から二酸化炭素への電子伝達を促進するという一般的な枠組みを提唱しました。この枠組みでは、水は可能な電子供与体の一つに過ぎず、酸素発生型と嫌気性型の両方を統一的に説明しました。

Mechanisms

光合成色素は光を吸収し、そのエネルギーを反応中心に伝達します。反応中心では、励起が電子伝達を促進し、ATP合成のためのプロトン駆動力の生成を促します。酸素発生型光合成では、直列に作用する2つの光化学系が水から電子を引き抜き、酸素を放出します。一方、嫌気性光合成では、単一の光化学系が硫化水素や有機化合物などの電子供与体を利用し、酸素を生成しません。

Clinical relevance

シアノバクテリアの光合成は、地球の一次生産と酸素供給の主要な貢献者であり、酸素発生型光合成の出現は地球の大気を大きく変化させました。また、光栄養微生物はバイオエネルギーや炭素回収の分野で関心が高まっています。

History

20世紀初頭におけるコーネリス・ファン・ニールによる細菌と植物の光合成の比較研究は、酸素発生型光合成では水が電子供与体であるのに対し、嫌気性細菌は他の電子供与体を使用することを示しました。この統一的な洞察は、光エネルギーがどのように利用されるかという理解を再構築しました。

Key figures

• Cornelis van Niel
• Sergei Winogradsky

Seminal works

• madigan2018
• willey2020

Frequently asked questions

嫌気性光合成とは何ですか？

嫌気性光合成とは、特定の細菌が行う光駆動型エネルギー変換の一種で、水以外の電子供与体（硫化水素など）を使用するため、酸素を生成しません。酸素発生型光栄養生物に見られる2つの光化学系ではなく、単一の光化学系を使用します。