การสังเคราะห์ด้วยแสงของจุลินทรีย์

การสังเคราะห์ด้วยแสงของจุลินทรีย์ครอบคลุมทั้งการสังเคราะห์ด้วยแสงที่ผลิตออกซิเจนของไซยาโนแบคทีเรีย และการสังเคราะห์ด้วยแสงแบบไม่ใช้ออกซิเจนของแบคทีเรียหลายกลุ่ม ซึ่งเป็นกระบวนการที่หล่อหลอมองค์ประกอบทางเคมีของโลกยุคแรกเริ่ม

Definition

การสังเคราะห์ด้วยแสงของจุลินทรีย์คือการเปลี่ยนพลังงานแสงให้เป็นพลังงานเคมีโดยจุลินทรีย์ ซึ่งครอบคลุมทั้งรูปแบบที่ใช้ออกซิเจนที่ปล่อยออกซิเจนโดยการแยกน้ำ และรูปแบบที่ไม่ใช้ออกซิเจนที่ใช้ผู้ให้อิเล็กตรอนอื่น ๆ

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมถึงรงควัตถุรับแสง เช่น คลอโรฟิลล์และแบคเทอริโอคลอโรฟิลล์; การเก็บเกี่ยวแสงและศูนย์กลางปฏิกิริยาการสังเคราะห์ด้วยแสง; การสังเคราะห์ด้วยแสงแบบใช้ออกซิเจนในไซยาโนแบคทีเรียที่มีระบบแสงสองระบบและเคมีของการแยกน้ำ; การสังเคราะห์ด้วยแสงแบบไม่ใช้ออกซิเจนในแบคทีเรียสีม่วงและแบคทีเรียสีเขียวที่ใช้ระบบแสงเดียวและผู้ให้อิเล็กตรอนอื่นที่ไม่ใช่น้ำ; และความสำคัญทางวิวัฒนาการและสิ่งแวดล้อมของการสังเคราะห์ด้วยแสง

Core questions

• รงควัตถุรับแสงจับแสงและเริ่มต้นการเปลี่ยนพลังงานได้อย่างไร?
• อะไรคือความแตกต่างระหว่างการสังเคราะห์ด้วยแสงแบบใช้ออกซิเจนและแบบไม่ใช้ออกซิเจน?
• การสังเคราะห์ด้วยแสงของไซยาโนแบคทีเรียเปลี่ยนแปลงบรรยากาศยุคแรกเริ่มได้อย่างไร?
• ผู้สังเคราะห์ด้วยแสงแบบไม่ใช้ออกซิเจนใช้ผู้ให้อิเล็กตรอนใดแทนน้ำ?

Key concepts

• คลอโรฟิลล์และแบคเทอริโอคลอโรฟิลล์
• การเก็บเกี่ยวแสงและศูนย์กลางปฏิกิริยา
• การสังเคราะห์ด้วยแสงแบบใช้ออกซิเจนและการแยกน้ำ
• การสังเคราะห์ด้วยแสงแบบไม่ใช้ออกซิเจน
• เหตุการณ์ออกซิเดชันครั้งใหญ่

Key theories

การสังเคราะห์ด้วยแสงเชิงเปรียบเทียบ

Cornelis van Niel เสนอกรอบแนวคิดทั่วไปที่ว่าการสังเคราะห์ด้วยแสงใช้แสงเพื่อขับเคลื่อนการถ่ายโอนอิเล็กตรอนจากผู้ให้ไปยังคาร์บอนไดออกไซด์ โดยน้ำเป็นเพียงผู้ให้ที่เป็นไปได้หนึ่งเดียว ซึ่งเป็นการรวมรูปแบบที่ใช้ออกซิเจนและไม่ใช้ออกซิเจนเข้าด้วยกัน

Mechanisms

รงควัตถุรับแสงจะดูดซับแสงและถ่ายโอนพลังงานไปยังศูนย์กลางปฏิกิริยา ซึ่งการกระตุ้นจะขับเคลื่อนการถ่ายโอนอิเล็กตรอนและการสร้างแรงขับเคลื่อนโปรตอนสำหรับการสังเคราะห์ ATP ในการสังเคราะห์ด้วยแสงแบบใช้ออกซิเจน ระบบแสงสองระบบที่ทำงานต่อเนื่องกันจะดึงอิเล็กตรอนออกจากน้ำ ปล่อยออกซิเจนออกมา ในขณะที่การสังเคราะห์ด้วยแสงแบบไม่ใช้ออกซิเจน ระบบแสงเดียวจะใช้ผู้ให้ เช่น ไฮโดรเจนซัลไฟด์ หรือสารประกอบอินทรีย์ ซึ่งไม่ผลิตออกซิเจน

Clinical relevance

การสังเคราะห์ด้วยแสงของไซยาโนแบคทีเรียเป็นปัจจัยสำคัญในการผลิตขั้นต้นทั่วโลกและการจัดหาออกซิเจน การเพิ่มขึ้นของการสังเคราะห์ด้วยแสงแบบใช้ออกซิเจนได้เปลี่ยนแปลงบรรยากาศของโลกอย่างมาก และจุลินทรีย์สังเคราะห์ด้วยแสงกำลังได้รับความสนใจเพิ่มขึ้นสำหรับพลังงานชีวภาพและการดักจับคาร์บอน

History

การศึกษาเปรียบเทียบการสังเคราะห์ด้วยแสงของแบคทีเรียและพืชโดย Cornelis van Niel ในช่วงต้นศตวรรษที่ 20 เผยให้เห็นว่าน้ำเป็นผู้ให้อิเล็กตรอนในการสังเคราะห์ด้วยแสงแบบใช้ออกซิเจน ในขณะที่แบคทีเรียแบบไม่ใช้ออกซิเจนใช้ผู้ให้อื่น ๆ ซึ่งเป็นข้อมูลเชิงลึกที่รวมเป็นหนึ่งเดียวที่ปรับเปลี่ยนความเข้าใจเกี่ยวกับวิธีการนำพลังงานแสงมาใช้

Key figures

• Cornelis van Niel
• Sergei Winogradsky

Seminal works

• madigan2018
• willey2020

Frequently asked questions

การสังเคราะห์ด้วยแสงแบบไม่ใช้ออกซิเจนคืออะไร?

การสังเคราะห์ด้วยแสงแบบไม่ใช้ออกซิเจนเป็นรูปแบบหนึ่งของการเปลี่ยนพลังงานที่ขับเคลื่อนด้วยแสงที่ดำเนินการโดยแบคทีเรียบางชนิดที่ใช้ผู้ให้อิเล็กตรอนอื่นที่ไม่ใช่น้ำ เช่น ไฮโดรเจนซัลไฟด์ และดังนั้นจึงไม่ผลิตออกซิเจน โดยใช้ระบบแสงเดียวแทนที่จะเป็นสองระบบที่พบในผู้สังเคราะห์ด้วยแสงแบบใช้ออกซิเจน