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Ernte Licht: Chlorophylle und Bakterienchlorophylle

Ernte Licht: Chlorophylle und Bakteriochlorophylle - Dummies

Phototrophe sind in der Lage, die Energie im Licht einzufangen, dank Photosynthesepigmenten, wie Chlorophyll und Bakteriochlorophyll, , die Lichtenergie absorbieren und einen Prozess starten. das führt schließlich zur Produktion von ATP.

Es gibt zwei Haupttypen der Photosynthese: solche, die Sauerstoff erzeugen ( oxygene Photosynthese genannt) und solche, die dies nicht tun (sogenannte anoxygene Photosynthese ). Zum größten Teil haben sauerstoffhaltige Phototrophen Chlorophyll, während anoxogene Phototrophe Bakteriochlorophyll aufweisen.

Die Gesamtstruktur dieser beiden Pigmente ist sehr ähnlich. Beide haben den charakteristischen Tetrapyrrolring mit einem Mg 2+ im Zentrum und einem langen 20-Kohlenstoff-Phytolschwanz, der ihnen hilft, sie an der photosynthetischen Membran zu verankern. Die Unterschiede treten bei den Substitutionen um den Ring und bei der Länge und Substitutionen am Phytolschwanz auf.

Es gibt vier verschiedene Arten von Chlorophyll; a und b sind die häufigsten. Es gibt auch sieben bekannte Varianten von Bakteriochlorophyllen. Diese Arten von Chlorophyll und Bakteriochlorophyll unterscheiden sich in der Struktur, und diese Unterschiede beeinflussen die spezifische Wellenlänge des Lichts, das jeder absorbieren kann, was mehreren verschiedenen Arten von Mikroben ermöglicht, das volle Spektrum von Licht zu sammeln, wobei jedes einen unterschiedlichen Bereich von Wellenlängen absorbiert.

Hier eine Liste der bekannten Arten von Chlorophyll und Bakteriochlorophyll:

  • Chlorophyll a absorbiert rotes Licht (um 680 nm) und ist das Hauptpigment in höheren Pflanzen, vielen Algen und die Cyanobakterien.

  • Chlorophyll b absorbiert auch rotes Licht (660 nm) und kommt in allen höheren Pflanzen vor, sowie einer Gruppe von Bakterien, den sogenannten Prochlorophyten.

  • Chlorophyll c wird in eukaryotischen Mikroben wie Meeres- und Süßwasseralgen gefunden und absorbiert rotes Licht (zwischen 450 und 640).

  • Chlorophyll d kommt in einer Art Cyanobakterium vor, das in Gebieten ohne sichtbares Licht lebt, aber infrarote Strahlung (700 nm bis 730 nm) enthält, wie unter Korallen und Algen.

  • Bakteriochlorophyll a und b absorbieren Infrarotstrahlung (im Bereich von 800 bis 1, 040 nm) und werden in den Purpurbakterien gefunden.

  • Bakteriochlorophyll c, d und e absorbieren weit rotes Licht (im Bereich von 720 nm bis 755 nm) und finden sich in den grünen Schwefelbakterien.

  • Bakteriochlorophyll c s absorbiert ebenfalls weit rotes Licht (720 nm) und wird in den grünen Nichtschwefelbakterien gefunden.

  • Bakteriochlorophyll g absorbiert rotes oder fernes rotes Licht (bei entweder 670 nm oder 788 nm) und wird in den Heliobakterien gefunden.

Eine andere Art photosynthetischer Pigmente, die ursprünglich in marinen Archaea gefunden wurde, aber heute bekanntermaßen im Meer weiter verbreitet ist, ist Bakteriorhodopsin. Membranproteine ​​binden retinale Pigmente, die eine lichtgesteuerte Protonenpumpe bilden. Die meisten von ihnen absorbieren grünes Licht (zwischen 500 nm und 650 nm) und erscheinen violett.

Dieses relativ einfache Pigment fängt Licht ohne Zubehörpigmente ein, um als Antenne zu wirken. Die genauen Mechanismen der Bakteriorhodopsin-gesteuerten Kohlenstoffbindung werden noch untersucht. Seit ihrer jüngsten Entdeckung wurde bei mehreren anderen Bakterien und Archaeen festgestellt, dass sie Bakteriorhodopsine mit unterschiedlichen Adsorptionsspektren haben, die es ihnen ermöglichen, in verschiedenen Wassertiefen zu leben, in denen die Wellenlängen des verfügbaren Lichts mit zunehmender Tiefe gefiltert werden.

Die Art der anwesenden pigmentbindenden Proteine ​​bestimmt die Absorptionsmaxima für einen Organismus. Die Absorptionsmaxima sind der Bereich von Lichtwellenlängen, der die größte Energie für diesen Organismus liefert. Es gibt viele Arten dieser pigmentbindenden Proteine, und ihre Position um die lichtsammelnden Pigmente kann das Spektrum des absorbierten Lichts verändern.

Die Kombination von lichterntenden Pigmenten und pigmentbindenden Proteinen wird als Photokomplex bezeichnet und kommt immer in einer Membran vor. Die Anordnung innerhalb einer Membran ist wesentlich zum Erzeugen der Protonenantriebskraft, die notwendig ist, um ATP zu erzeugen.

Die Photokomplexe sind so organisiert, dass es ein zentrales Reaktionszentrum (normalerweise aus Chlorophyll oder Bakteriochlorophyll) gibt, um das herum bis zu 300 Zubehörpigmente die Lichtenergie sammeln und zum Reaktionszentrum leiten.

Wenn die umgebenden Pigmente zusätzliches Chlorophyll oder Bakteriochlorophylle enthalten, werden sie entsprechend als Antennen bezeichnet, da sie so viel Licht wie möglich absorbieren und zum Reaktionszentrum leiten. Die Pigmente im Reaktionszentrum nehmen direkt an den Reaktionen teil, die an der Umwandlung von Lichtenergie in chemische Energie beteiligt sind. Diese Anordnung ist besonders wichtig für Phototrophe, die bei schlechten Lichtverhältnissen leben.

Photosynthetische Membranen, die die Photokomplexe beherbergen, kommen bei allen Phototrophen vor, aber ihre Struktur kann in jedem Organismus sehr unterschiedlich sein. In Eukaryoten, die zelluläre Kompartimente haben, die Organellen genannt werden, ist es üblich, Strukturen zu finden, die Chloroplasten genannt werden.

Chlorplasten enthalten Thylakoidmembranen , die in Stapeln angeordnet sind, die als Grana bezeichnet werden und an der Erzeugung der Protonenantriebskraft während der Photosynthese beteiligt sind. In Mikroorganismen, die keine herkömmlichen Organellen, wie die Bakterien und Archaeen, aufweisen, können verschiedene photosynthetische Membranen gefunden werden:

  • Die Cyanobakterien haben Thylakoidmembranen, die nicht in einem Chloroplasten enthalten sind.

  • Die Purpurbakterien verwenden Strukturen, die Lamellen genannt werden, , die durch die Einwärtsfaltung der Cytoplasmamembran hergestellt werden, und Chromatophoren, , die vesikuläre Strukturen sind, die aus der Membran hergestellt werden.

  • Die Cytoplasmamembran selbst wird von den Heliobakterien verwendet.

  • Das Chlorosom, eine spezialisierte Struktur in den grünen Bakterien, ermöglicht das Wachstum in Umgebungen wie tief in Seen und in Gebieten mit den geringsten Lichtintensitäten. Statt der Antennenpigmente, die das Reaktionszentrum innerhalb der photosynthetischen Membran umgeben, sind sie in dichten Arrays innerhalb des Chlorosoms angeordnet, die neben der Cytoplasmamembran liegen, wo sich die Reaktionszentren befinden.