Quang hợp vi sinh vật

Quang hợp vi sinh vật bao gồm quang hợp tạo oxy của vi khuẩn lam và quang hợp không tạo oxy của một số nhóm vi khuẩn, những quá trình đã định hình hóa học của Trái Đất sơ khai.

Definition

Quang hợp vi sinh vật là quá trình chuyển đổi năng lượng ánh sáng thành năng lượng hóa học bởi các vi sinh vật, bao gồm cả các dạng tạo oxy giải phóng oxy bằng cách phân tách nước và các dạng không tạo oxy sử dụng các chất cho điện tử khác.

Scope

Chủ đề này bao gồm các sắc tố quang hợp như chlorophyll và bacteriochlorophyll; thu nhận ánh sáng và trung tâm phản ứng quang hợp; quang hợp tạo oxy ở vi khuẩn lam với hai hệ quang hợp và hóa học phân tách nước; quang hợp không tạo oxy ở vi khuẩn tía và vi khuẩn lục sử dụng một hệ quang hợp duy nhất và các chất cho điện tử khác ngoài nước; và ý nghĩa tiến hóa cũng như môi trường của quá trình quang dưỡng.

Core questions

• Các sắc tố quang hợp thu nhận ánh sáng và khởi đầu quá trình chuyển đổi năng lượng như thế nào?
• Điều gì phân biệt quang hợp tạo oxy với quang hợp không tạo oxy?
• Quang hợp của vi khuẩn lam đã biến đổi khí quyển sơ khai như thế nào?
• Các sinh vật quang dưỡng không tạo oxy sử dụng những chất cho điện tử nào thay vì nước?

Key concepts

• Chlorophyll và bacteriochlorophyll
• Thu nhận ánh sáng và trung tâm phản ứng
• Quang hợp tạo oxy và phân tách nước
• Quang hợp không tạo oxy
• Sự kiện Oxy hóa Lớn

Key theories

Quang hợp so sánh

Cornelis van Niel đã đề xuất một khuôn khổ tổng quát trong đó quang hợp sử dụng ánh sáng để thúc đẩy quá trình truyền điện tử từ một chất cho đến carbon dioxide, với nước chỉ là một trong những chất cho có thể, thống nhất các dạng tạo oxy và không tạo oxy.

Mechanisms

Các sắc tố quang hợp hấp thụ ánh sáng và truyền năng lượng đến các trung tâm phản ứng, nơi sự kích thích thúc đẩy quá trình truyền điện tử và tạo ra lực vận động proton để tổng hợp ATP. Trong quang hợp tạo oxy, hai hệ quang hợp hoạt động nối tiếp chiết xuất điện tử từ nước, giải phóng oxy, trong khi ở quang hợp không tạo oxy, một hệ quang hợp duy nhất sử dụng các chất cho điện tử như hydro sulfide hoặc các hợp chất hữu cơ, không tạo ra oxy.

Clinical relevance

Quang hợp của vi khuẩn lam là yếu tố đóng góp chính vào sản xuất sơ cấp toàn cầu và nguồn cung cấp oxy, sự gia tăng của quang hợp tạo oxy đã làm thay đổi sâu sắc khí quyển Trái Đất, và các vi khuẩn quang dưỡng ngày càng được quan tâm trong lĩnh vực năng lượng sinh học và thu giữ carbon.

History

Các nghiên cứu so sánh của Cornelis van Niel về quang hợp của vi khuẩn và thực vật vào đầu thế kỷ XX đã tiết lộ rằng nước là chất cho điện tử trong quang hợp tạo oxy, trong khi vi khuẩn không tạo oxy sử dụng các chất cho điện tử khác, một cái nhìn sâu sắc thống nhất đã định hình lại sự hiểu biết về cách năng lượng ánh sáng được khai thác.

Key figures

• Cornelis van Niel
• Sergei Winogradsky

Seminal works

• madigan2018
• willey2020

Frequently asked questions

Quang hợp không tạo oxy là gì?

Quang hợp không tạo oxy là một dạng chuyển đổi năng lượng nhờ ánh sáng được thực hiện bởi một số vi khuẩn nhất định, chúng sử dụng các chất cho điện tử khác ngoài nước, chẳng hạn như hydro sulfide, và do đó không tạo ra oxy. Nó sử dụng một hệ quang hợp duy nhất thay vì hai hệ quang hợp được tìm thấy ở các sinh vật quang dưỡng tạo oxy.