Fototrofija

1. Fototrofija Fototrofi izmanto gaismas enerģiju ATP un reducējošo ekvivalentu ģenerēšanai Sastop gan fotolitotrofus, gan fotoorganotrofus mikroorganismus, kā arī tādus, kas apvieno fototrofiju ar hemotrofiju

2. 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

3. 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

4. Plastocianīns – Cu+ saturošs proteīns; Ferredoksīns – FeS klasterus saturošs proteīns Fotosintētiskais elektronu transports zaļajos augos

5. 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

6. 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

7. Izņemot cianobaktērijas, pārējās fototrofās baktērijas satur bakteriohlorofilus Reakcijas centros Antenu kompleksos

8. bakteriohlorofils a zaļo augu hlorofils a

9. 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)

10. 4 fototrofo anoksigēno baktēriju grupas: Rhodobacteriaceae – purpura nesēra baktērijas Chromatiaceae – purpura sēra baktērijas Chlorobiaceae – zaļās sēra baktērijas Chloroflexaceae – zaļās nesēra fototrofās baktērijas

11. 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

12. 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

13. 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

14. 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

15. 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

16. 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

17. 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

18. 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

19. 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

20. 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)

21. 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

22. Ar rūgšanas procesiem ir sākusies tradicionālā biotehnoloģija Galvenie rūgšanas veidi: spirta pienskābā propionskābā dažādskābju (skudrskābā) un butāndiolā sviestskābā un acetonbutīlā etiķskābā

23. 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

24. Spirta rūgšana raugos Z. mobilis – E.D. ceļš

25. 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)

26. Pienskābās baktērijas izmanto: piena raudzēšanā jogurta, kefīra (asociācijās) iegūšanā kāpostu skābēšanā skābbarības iegūšanā

27. Homofermentatīvā pienskābā rūgšana