Fototropi
Tabii ki, güneş ışığından enerji elde etmek, bu oldukça havalı. Umarım fotosentezin temel sürecini, bitkilerde neler olduğu hakkında konuşulmuş olan önceki derslerden hatırlıyorsunuzdur. Z yolu mu? Herhangi bir şey? Panik yapmayın - bunun hakkında konuşacağız. Mikropların kullandığı diğer fototrofi türleriyle birlikte.
Fotoototroflar ile Fotoheterotroflar Karşılaştırması
Fototrofi (veya "ışıkla beslenme"), güneşten gelen enerjinin yakalanıp ATP formunda kimyasal enerjiye dönüştürüldüğü süreci ifade eder. Fotosentez terimi, hem güneş ışığını ATP'ye dönüştüren ("ışık reaksiyonu") hem de daha sonra ATP'yi karbondioksiti organik bileşiklere (Calvin döngüsü) sabitlemek için kullanmaya devam eden organizmaları tanımlamak için daha kesin bir şekilde kullanılır. Bu organizmalar fotoototroflardır. Mikrobiyal dünyada, güneş ışığını ATP'ye dönüştüren ancak çevrede bulunan önceden hazırlanmış organik bileşikleri kullanan organizmalar olan fotoheterotroflar da vardır. ATP daha sonra başka amaçlar için kullanılabilir.
Pigmentler
Güneş ışığından gelen enerjiyi ATP'ye dönüştürmek için organizmalar ışığa duyarlı pigmentler kullanır. Bitkiler ve algler, siyanobakteriler tarafından da kullanılan klorofilleri kullanır. Klorofiller, kırmızı ve mavi dalga boylarını (≈675 nm ve 430 nm) absorbe etmeleri ve yeşil ışığı iletmeleri nedeniyle yeşil renktedir. Mor ve yeşil bakteriler, klorofillerden daha yüksek dalga boylarını (≈870 nm) emen bakteriyoklorofillere sahiptir ve bu da farklı fototrofların birbirleriyle rekabet etmeden aynı ortamı işgal etmesine olanak tanır.
Fototroflar, karotenoidler ve fikobiliproteinler gibi aksesuar pigmentler de içerebilir. Mavi ışığı (400-550 nm) emen karotenoidler tipik olarak sarı, turuncu veya kırmızı renktedir. Fikobiliproteinler iki gruba ayrılabilir: kırmızı bir renk ileten fikoeritrin ve mavi bir renk ileten fikosiyanin. Aksesuar pigmentler emilen ışığın dalga boyu aralığını genişleterek mevcut ışığın daha iyi kullanılmasını sağlayabilir. Ayrıca bu pigmentler antioksidan görevi görerek organizma için koruyucu bir işlev görebilir.
Bakteri ve arkelerde, fototrofik pigmentler hücre zarının girintilerinde veya bir klorozom içinde bulunur. Işık toplayan pigmentler, ışığı reaksiyon merkezlerindeki diğer moleküllere yönlendiren antenler oluşturur ve bu moleküller ışık enerjisini ATP'ye dönüştürür.
Genel Olarak Fotofosforilasyon
Herhangi bir organizma için genel fototrofi süreci aynı olacaktır. Bir fotosistem anteni ışığı emer ve enerjiyi bir reaksiyon merkezine, özellikle de özel bir klorofil/bakteriyoklorofil molekülü çiftine yönlendirir. Moleküller uyarılır ve daha negatif bir indirgeme potansiyeline geçer (yani elektron kulesine sıçrar). Elektronlar daha sonra ferredoksin ve sitokromlar gibi taşıyıcılardan oluşan bir elektron taşıma zincirinden geçirilerek bir proton itici gücünün gelişmesine olanak sağlar. Protonlar ATPaz aracılığıyla plazma membranı boyunca geri getirilir ve bu süreçte ATP üretilir. Sürecin orijinal enerjisi bir kimyasalın aksine güneş ışığından geldiği için, sürece fotofosforilasyon adı verilir. Elektronlar özel klorofil/bakteriyoklorofil molekül çiftine geri gönderilirse (döngüsel fotofosforilasyon), süreç tekrar tekrar tekrarlanabilir. Elektronlar, NAD(P)'nin indirgenmesi (döngüsel olmayan fotofosforilasyon) gibi başka bir yere yönlendirilirse, sistemi yenilemek için harici bir elektron kaynağı kullanılmalıdır.
Anoksijenik Fototrofi
Mor Fototrofik Bakteriler
Mor fototrofik bakteriler, anoksijenik fototrofi yaparlar, bu da işlem sırasında oksijen üretmediklerini gösterir. Bakteriyoklorofilli tek bir fotosisteme sahiptirler ve ATP oluşumu için yukarıda açıklandığı gibi döngüsel fotofosforilasyonu kullanmalarına izin verirler. Ancak mor bir bakteri fotoototrof olarak büyümek istiyorsa, NAD(P)H şeklinde indirgeyici güce de ihtiyaç duyacaktır.
Mor bakterinin reaksiyon merkezi (P870 olarak bilinir) +0,5V'luk bir E0' değerine sahiptir. Bir ışık fotonu tarafından etkilendikten sonra, potansiyel -1,0V'a değişir, bu da -0,32V'luk E0' ile NAD(P)'yi azaltmak için yetersizdir. Bu nedenle, ototrofik mor bakteriler, elektronları elektron kulesine çıkarmak için proton itici gücünden gelen enerjiyi kullanarak ters elektron akışı olarak bilinen bir sürece girmelidir. Ayrıca, artık NAD(P)'ye yönlendirilen elektronları yenilemek için harici bir elektron donörü bulmaları gerekir. Tipik olarak elektronlar H2S veya elementel sülfürden gelir ve çeşitli sülfür yan ürünleri üretilir.
Organik bileşiklerin varlığında, mor bakteriler genellikle fotoheterotrof olarak bulunurlar, ATP üretmek için döngüsel fotofosforilasyon kullanırlar ve organik bileşiklerini çevreden alırlar. Bu, enerjik açıdan elverişsiz bir süreç olan ters elektron akışını kullanma ihtiyacının yanı sıra harici elektron donörlerine olan ihtiyacı da ortadan kaldırır.
Yeşil Fototrofik Bakteriler
Yeşil fototrofik bakteriler, ATP üretimi için siklik fotofosforilasyon yoluyla tek bir fotosistem kullanarak anoksijenik fototrofi yaparlar. Bu işlemde, bakteriyoklorofil kullanılarak ışık enerjisi absorbe edilir ve ATP üretimi için kullanılır. Bununla birlikte, aynı fotosistemi NAD+'ya periyodik olarak elektron çekerek indirgeyici güç üretmek için de kullanırlar. Bununla birlikte, ilk taşıyıcı olan ferredoksin (Fd), NAD(P)'den daha negatif bir indirgeme potansiyeline sahip bir E0' değerine sahip olduğundan, ters elektron akışının kullanılması gereksizdir. Bu işlem için genellikle bir dış elektron vericisi gereklidir ve bu verici olarak H2S veya tiosülfat kullanılır. Yani, bu moleküller anoksijenik koşullarda bir elektron kaynağı olarak kullanılır ve biyolojik oksidasyon işleminin gerçekleşmesine yardımcı olurlar. Böylece, yeşil bakteriler fotosistemlerini ATP veya NAD(P)H için dönüşümlü olarak kullanarak fotoototrof olarak çalışırlar.
Oksijenik Fototrofi
Oksijenik fototrofi, her biri ayrı reaksiyon merkezleri içeren iki farklı fotosisteme sahip klorofil a içeren siyanobakteriler tarafından kullanılır. Bu, tek bir süreçte hem ATP hem de indirgeme gücü üretilmesine olanak tanıyarak CO2 fiksasyonu yoluyla fotoototrofik büyümeyi kolaylaştırır. Bu uygun bir şekilde fotosentez olarak adlandırılabilir ve bitkiler tarafından kullanılan ve genellikle "Z yolu" olarak adlandırılan süreçle aynıdır.
Süreç, ışık enerjisinin fotosistem II'de (PSII) bulunan P680 klorofil a moleküllerinin indirgeme potansiyelini azaltmasıyla başlar. Elektronlar daha sonra bir elektron taşıma zincirinden geçirilerek bir proton itici gücü aracılığıyla ATP üretilir. Elektronlar daha sonra fotosistem I'e (PSI) aktarılır ve burada başka bir ışık fotonuna çarparak indirgeme potansiyellerini daha da azaltırlar. Elektronlar daha sonra farklı bir elektron taşıma zincirinden geçirilir ve sonunda NADPH oluşumu için NADP+ 'ye aktarılır.
Elektronlar orijinal fotosisteme geri gönderilmediğinden, bu süreç döngüsel olmayan fotofosforilasyona bir örnektir. Bu nedenle, sürecin tekrarlanabilmesi için harici bir elektron donörü gereklidir. O2/H2O redoks çiftinin sağ tarafında bulunan su, aşırı pozitif indirgeme potansiyeli nedeniyle normalde zayıf bir elektron vericisidir. Ancak P680 klorofil a'nın indirgeme potansiyeli, uyarılmadığında daha da pozitiftir ve suyun bir elektron donörü olarak hizmet etmesine izin verir. Suyun hidrolizi, aerobik solunum kullanan tüm organizmalar için arzu edilen bir yan ürün olan oksijen oluşumuna yol açar. Siyanobakterilerin Dünya'nın oksijenlenmesinden sorumlu olduğu ve bir metabolizma biçimi olarak aerobik solunumun gelişmesine izin verdiği düşünülmektedir.
Siyanobakterilerin klorofil a'ya sahip olmalarına rağmen sadece PSI kullandıkları ve esasen bir tür anoksijenik fototrofi gerçekleştirdikleri bazı koşullar vardır. Bu, oksijenin azot fiksatör enzimlerini etkisiz hale getirdiği siyanobakterilerin heterokistlerinde meydana gelir. Heterokistler PSII'yi bozarak oksijenin yan ürün olarak üretilmemesini sağlarken, kalan fotosistem ile ATP üretimine izin verir.
Rodopsin Tabanlı Fototrofi
Fototrofinin alışılmadık bir şekli, klorofil veya bakteriyoklorofil kullanmadan arkeler tarafından uygulanır. Bunun yerine bu organizmalar, omurgalı gözlerinde bulunanla ilişkili bir retina molekülü olan bir bakteriorhodopsin (daha uygun bir şekilde arkeearhodopsin olarak adlandırılır) kullanırlar. Rodopsin ışığı emdiğinde konformasyonel bir değişikliğe uğrayarak hücre zarından bir proton pompalar ve bir elektron taşıma zincirinin katılımı olmaksızın bir proton itici gücünün gelişmesine yol açar.
Yorumlar
Yorum Gönder