微生物光合作用

微生物光合作用涵盖了蓝细菌产氧光合作用和几种细菌群体的无氧光合作用，这些过程塑造了早期地球的化学性质。

Definition

微生物光合作用是微生物将光能转化为化学能的过程，包括通过水裂解释放氧气的产氧形式和使用其他电子供体的无氧形式。

Scope

本主题涵盖了叶绿素和细菌叶绿素等光合色素；光捕获和光合反应中心；蓝细菌中具有两个光系统和水裂解化学的产氧光合作用；紫色细菌和绿色细菌中利用单一光系统和水以外的电子供体的无氧光合作用；以及光养生物的进化和环境意义。

Core questions

• 光合色素如何捕获光并启动能量转换？
• 产氧光合作用和无氧光合作用有何区别？
• 蓝细菌光合作用如何改变早期大气层？
• 无氧光养生物使用哪些电子供体来代替水？

Key concepts

• 叶绿素和细菌叶绿素
• 光捕获和反应中心
• 产氧光合作用和水裂解
• 无氧光合作用
• 大氧化事件

Key theories

比较光合作用

康奈利斯·范·尼尔（Cornelis van Niel）提出了一个通用框架，其中光合作用利用光驱动电子从供体转移到二氧化碳，而水只是其中一种可能的供体，从而统一了产氧和无氧形式。

Mechanisms

光合色素吸收光并将能量传递给反应中心，在那里激发驱动电子转移并产生质子动力，用于ATP合成。在产氧光合作用中，两个光系统串联作用从水中提取电子，释放氧气；而在无氧光合作用中，单一光系统使用硫化氢或有机化合物等供体，不产生氧气。

Clinical relevance

蓝细菌光合作用是全球初级生产和氧气供应的主要贡献者，产氧光合作用的兴起深刻改变了地球大气层，光养微生物在生物能源和碳捕获方面日益受到关注。

History

20世纪初，康奈利斯·范·尼尔（Cornelis van Niel）对细菌和植物光合作用的比较研究表明，水是产氧光合作用中的电子供体，而无氧细菌使用其他供体，这一统一的见解重构了对光能如何被利用的理解。

Key figures

• Cornelis van Niel
• Sergei Winogradsky

Seminal works

• madigan2018
• willey2020

Frequently asked questions

什么是无氧光合作用？

无氧光合作用是某些细菌进行的一种光驱动能量转换形式，它们使用水以外的电子供体，如硫化氢，因此不产生氧气。它使用单一光系统，而不是产氧光养生物中发现的两个光系统。