Fototrofija
This presentation is the property of its rightful owner.
Sponsored Links
1 / 27

Fototrofija PowerPoint PPT Presentation


  • 149 Views
  • Uploaded on
  • Presentation posted in: General

Fototrofija. Fototrofi izmanto gaismas enerģiju ATP un reducējošo ekvivalentu ģenerēšanai. Sastop gan fotolitotrofus, gan fotoorganotrofus mikroorganismus, kā arī tādus, kas apvieno fototrofiju ar hemotrofiju. Hlorofīli ir cikliski tetrapiroli ar Mg 2+ centrā

Download Presentation

Fototrofija

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

Presentation Transcript


Fototrofija

Fototrofija

Fototrofi izmanto gaismas enerģiju ATP un reducējošo ekvivalentu ģenerēšanai

Sastop gan fotolitotrofus, gan fotoorganotrofus mikroorganismus, kā arī tādus, kas apvieno fototrofiju ar hemotrofiju


Fototrofija

Hlorofīli ir cikliski tetrapiroli ar Mg2+ centrā

Pateicoties konjugēto dubultsaišu sistēmai, hlorofils labi absorbē gaismu zilajā un sarkanajā diapazonā

Hlorofīlu paveidi savstarpēji atšķiras ar aizvietotājgrupām pie tetrapirola gredzena


Fototrofija

Fotosistēmā integrēts hlorofīls, absorbējot gaismas kvantu, kļūst par spēcīgu reducētāju

Atdodot elektronu, hlorofils kļūst par spēcīgu oksidētāju

Pateicoties šādai no gaismas enerģijas atkarīgai hlorofila red-oks īpašību maiņai, fotosintētiskajās elektronu transporta ķēdēs iespējama elektronu pārnese no donora ar augstāku (pozitīvāku) standarta red-oks potenciāluuz akceptoru ar zemāku (negatīvāku) standarta red-oks potenciālu


Fototrofija

Plastocianīns – Cu+ saturošs proteīns; Ferredoksīns – FeS klasterus saturošs proteīns

Fotosintētiskais elektronu transports zaļajos augos


Fototrofija

Cyanobacteria fotosintētiskais aparāts tuvs zaļo augu fotosintētiskajam aparātam

Cianobaktērijas tāpat kā zaļie augi satur 2 fotosistēmas un spēj oksidēt ūdeni, izdalot skābekli

To fotosistēmas lokalizētas hloroplastu tilakoīdiem līdzīgās membrānu vezikulās, kuras atrodas citoplazmas perifērajā daļā; fotosistēmas satur hlorofilu a, nevis bakteriohlorofilu

Tās ir obligāti fotoautotrofi, kas fiksē CO2 Kalvina ciklā


Fototrofija

Atšķirībā no zaļajiem augiem, PSII cianobaktērijās satur papildus antenu sistēmu – fikobilisomas: to veido pie proteīniem saistīti fikobilīni – lineāri tetrapiroli, kas absorbē gaismu ap 600 nm


Fototrofija

Izņemot cianobaktērijas, pārējās fototrofās baktērijas satur bakteriohlorofilus

Reakcijas centrosAntenu kompleksos


Fototrofija

bakteriohlorofils a

zaļo augu hlorofils a


Fototrofija

Bakteriohlorofīli absorbē gaismu pie garāka viļņa garuma, nekā zaļo augu hlorofīls

To absorbētajiem fotoniem ir par maz enerģijas, lai izraisītu pietiekamas hlorofila molekulas red-oks potenciāla izmaiņas ūdens oksidēšanai

Tāpēc (izņemot cianobaktērijas) bakteriālā fotosintēze ir anoksigēna: par elektronu donoriem tiek izmantoti reducēti sēra savienojumi, H2vai organiski substrāti, nevis H2O

Fototrofās baktērijas sastop ūdenskrātuvēs – kā saldūdeņos, tā jūrās; g. k. anaerobos apstākļos, kur pieejams sērūdeņradis, CO2 un organiski savienojumi (piemēram, virs dūņu slāņa)


Fototrofija

4 fototrofo anoksigēno baktēriju grupas:

Rhodobacteriaceae – purpura nesēra baktērijas

Chromatiaceae – purpura sēra baktērijas

Chlorobiaceae – zaļās sēra baktērijas

Chloroflexaceae – zaļās nesēra fototrofās baktērijas


Fototrofija

Rhodobacteriaceae

purpura nesēra baktērijām elektronu donors ir organisks substrāts (fotoorganotrofi) vai H2; atšķirībā no sēra baktērijām tās spēj augt tumsā kā aerobi hemotrofi

Chromatiaceae

purpura sēra baktērijām elektronu donori ir S0vai H2S, taču var būt arī ūdeņradis vai organisks substrāts; tumsas apstākļos sēra baktērijas anaerobi noārda organiskos substrātus, veidojot CO2, acetātu un propionātu, vienlaikus reducējot sēra savienojumus par H2S

Fotosintētiskais aparāts purpura baktērijām lokalizēts īpašās membrānu krokās – intracitoplazmatiskajās membrānās


Fototrofija

Ar organiskajiem substrātiem NADH veidojas NAD-atkarīgo dehidrogenāžu reakcijās

Fotosintētiskajam elektronu transportam un elpošanai nesēra baktērijās - kopīgi elektronu pārnesēji; abi procesi konkurē: gaismā elpošana tiek inhibēta

elp. ķēdes NADH dehidrogenāzes (nesēra baktērijām)

e-

NADH veidošanās reversajā elektronu transportā (purpura sēra baktērijām)

e-

H2S, S, H2

e-

Elpošanas ķēde (nesēra baktērijām)

e-

Ar PSII tipa fotosistēmu saistītais elektronu transports purpura baktērijās un zaļajās nesēra baktērijās


Fototrofija

Purpura baktērijas pielāgotas dzīvei vairāku 10 m dziļumā, kur neiekļūst sarkanie un infrasarkanie stari, kurus spēj absorbēt bakteriohlorofīli

Kā antenu pigmentus purpura baktērijas satur daudz karotinoīdu – pigmentu, kas absorbē gaismu zili – zaļajā diapazonā (450 – 500 nm)

Karotinoīdu klātbūtne nosaka purpura baktēriju raksturīgo krāsu


Fototrofija

Ja notiek NAD+ reducēšana, tad par elektronu donoru fotosistēmai kalpo sēra savienojumi

e-

e-

e-

Ar PSI tipa fotosistēmu saistītais elektronu transports zaļajās sēra baktērijās


Fototrofija

Chlorobiaceae

zaļajām sēra baktērijām fotosintētiskais aparāts lokalizēts hlorosomās – vezikulās, kas stiprinās pie šūnas membrānas; hlorosomu iekšienē nūjiņveida struktūrās izkārtots liels daudzums antenas pigmentu, kas ļauj efektīvi izmantot vāju apgaismojumu

Zaļās sēra baktērijas satur daudz bakteriohlorofilu c un d, kuri absorbē gaismu nedaudz virs 700 nm

Zaļās sēra baktērijas satur PSI tipa fotosistēmu


Fototrofija

Zaļās sēra baktērijas ir obligāti hemolitoautotrofi, kas CO2 fiksēšanai izmanto reduktīvo trikarbonskābju ciklu jeb Arnona ciklu

Vairums citu fototrofo baktēriju CO2 fiksēšanai izmanto Kalvina ciklu


Fototrofija

Chloroflexaceae

filamentus veidojošās zaļās nesēra fototrofās baktērijas nespēj izmantot par elektronu donoriem sēra savienojumus

Tāpat kā purpura baktērijas satur PSII tipa fotosistēmu, taču tā, kopā ar antenu pigmentiem lokalizēta hlorosomās, nevis intracitoplazmatiskajās membrānās

Chloroflexus aurantiacus fiksē CO2 nesen atklātā

3-hidroksipropionāta ceļā, kurš sastāv no 13 reakcijām, un kur summārais vienādojums:

2CO2+2NADPH+3ATP = CHO-COOH+2NADP++3ADP+3Pi


Fototrofija

Halobaktērijas un bakteriorodopsīns

Apdzīvo sālsezerus pie NaCl koncentrācijas virs 2,5 M

To membrānas satur karotinoīdus un purpurkrāsas pigmentu bakteriorodopsīnu

Bakteriorodopsīns sastāv no proteīna un pie tā lizīna sāngrupas piesaistīta retināla (pigments, ko satur acs tīklene un kas nodrošina redzes nerva impulsa ģenerāciju)

Bakteriorodopsīns ir viens no vislabāk izpētītajiem membrānas proteīniem, kurš, izmantojot ļoti vienkāršu mehanismu, gaismas ietekmē veido transmembrānas protondzinējspēku


Fototrofija

Halobaktērijas ir aerobi heterotrofi, kas augšanai izmanto aminoskābes un organiskas skābes

ārā no šūnas

no iekššūnas telpas

enerģijas ģenerēšana ar bakteriorodopsīna starpniecību notiek gaismā pie zemām skābekļa koncentrācijām

arī redzes nerva impulsa ģenerācija saistīta ar retināla cis-trans izomerizāciju

Bakteriorodopsīna darbības mehanisms


Fototrofija

RŪGŠANA

Anaerobs metabolisks process, kurā veidojas ATP, bet organiskā substrāta noārdīšanās produkti kalpo gan kā elektronu donori, gan akceptori

ATP veidošanā nepiedalās elektronu transporta ķēdes. ATP veidojas substrāta līmeņa fosforilēšanā, substrātam oksidējoties

“Rūgšana - dzīve bez skābekļa” (L. Pastērs)


Fototrofija

ATP tiek ģenerēts substrāta fosforilēšanā 3 galvenajās reakcijās:

1,3-bisfosfoglicerāts + ADP = 3-fosfoglicerāts + ATP

fosfoenolpiruvāts + ADP = piruvāts + ATP

acetilfosfāts (butirilfosfāts) + ADP = acetāts (butirāts) + ATP


Fototrofija

Ar rūgšanas procesiem ir sākusies tradicionālā biotehnoloģija

Galvenie rūgšanas veidi:

spirta

pienskābā

propionskābā

dažādskābju (skudrskābā) un butāndiolā

sviestskābā un acetonbutīlā

etiķskābā


Fototrofija

Spirta rūgšana

raksturīga raugiem, kā arī dažām baktērijām – Sarcina ventriculi un Zymomonas mobilis

Raugus lieto alus, vīna un spirta ieguvē

Maizes raugs – CO2 izdalītājs mīklas raudzēšanā

Aerobi audzējot, raugiem novēro Pastēra efektu – glikolīzes palēnināšanos

Aerobi audzējot iegūst lielāku biomasu, bet anaerobi – lielāku spirta iznākumu


Fototrofija

Spirta rūgšana raugos

Z. mobilis – E.D. ceļš


Fototrofija

Pienskābā rūgšana

heterofermentatīvā – bez laktāta arī spirts vai acetāts

homofermentatīvā – produkts tikai laktāts

Raksturīga Lactobacillaceae – grampozitīviem aerotolerantiem anaerobiem, kuri nesatur elpošanas ķēdes

Laktobaciļi ir “metaboliski defektīvi” – aug tikai bagātās barotnēs ar vitamīniem, aminoskābem un slāpekļa bāzēm

Sastop zarnu traktā, piena produktos, ir arī patogēni (streptokoki)


Fototrofija

Pienskābās baktērijas izmanto:

piena raudzēšanā

jogurta, kefīra (asociācijās) iegūšanā

kāpostu skābēšanā

skābbarības iegūšanā


Fototrofija

Homofermentatīvā pienskābā rūgšana


  • Login