Микробный фотосинтез

Микробный фотосинтез охватывает как кислородный фотосинтез цианобактерий, так и аноксигенный фотосинтез нескольких групп бактерий — процессы, которые сформировали химический состав ранней Земли.

Definition

Микробный фотосинтез — это преобразование световой энергии в химическую энергию микроорганизмами, включающее как кислородные формы, которые выделяют кислород путем расщепления воды, так и аноксигенные формы, использующие другие доноры электронов.

Scope

Эта тема охватывает фотопигменты, такие как хлорофиллы и бактериохлорофиллы; сбор света и фотосинтетический реакционный центр; кислородный фотосинтез у цианобактерий с его двумя фотосистемами и химией расщепления воды; аноксигенный фотосинтез у пурпурных и зеленых бактерий с использованием одной фотосистемы и доноров электронов, отличных от воды; а также эволюционное и экологическое значение фототрофии.

Core questions

• Как фотопигменты улавливают свет и инициируют преобразование энергии?
• Что отличает кислородный фотосинтез от аноксигенного?
• Как фотосинтез цианобактерий преобразовал раннюю атмосферу?
• Какие доноры электронов используют аноксигенные фототрофы вместо воды?

Key concepts

• Хлорофиллы и бактериохлорофиллы
• Сбор света и реакционные центры
• Кислородный фотосинтез и расщепление воды
• Аноксигенный фотосинтез
• Великое кислородное событие

Key theories

Сравнительный фотосинтез

Корнелис ван Ниль предложил общую концепцию, согласно которой фотосинтез использует свет для переноса электронов от донора к углекислому газу, при этом вода является лишь одним из возможных доноров, объединяя кислородные и аноксигенные формы.

Mechanisms

Фотопигменты поглощают свет и передают энергию реакционным центрам, где возбуждение приводит к переносу электронов и генерации протон-движущей силы для синтеза АТФ. При кислородном фотосинтезе две фотосистемы, действующие последовательно, извлекают электроны из воды, выделяя кислород, тогда как при аноксигенном фотосинтезе одна фотосистема использует доноры, такие как сероводород или органические соединения, не производя кислорода.

Clinical relevance

Фотосинтез цианобактерий является основным фактором глобальной первичной продукции и снабжения кислородом; развитие кислородного фотосинтеза глубоко изменило атмосферу Земли, а фототрофные микробы представляют растущий интерес для биоэнергетики и улавливания углерода.

History

Сравнительные исследования бактериального и растительного фотосинтеза, проведенные Корнелисом ван Нилем в начале XX века, показали, что вода является донором электронов при кислородном фотосинтезе, в то время как аноксигенные бактерии используют другие доноры. Это объединяющее понимание изменило представление о том, как используется световая энергия.

Key figures

• Cornelis van Niel
• Sergei Winogradsky

Seminal works

• madigan2018
• willey2020

Frequently asked questions

Что такое аноксигенный фотосинтез?

Аноксигенный фотосинтез — это форма преобразования энергии, движимая светом, осуществляемая некоторыми бактериями, которые используют доноры электронов, отличные от воды, такие как сероводород, и, следовательно, не производят кислород. Он использует одну фотосистему, а не две, как у кислородных фототрофов.