Фотосинтез і азотфіксація

Деякі види бактерій і архей здатні до фіксації азоту. Приблизно половина азоту, що входить до складу живих організують, фіксується бактеріями. Фіксація азоту, то є перетворення атмосферного азоту в різні сполуки, здійснюється ферментом Нітрогеназа. Фіксація азоту - один з найбільш дорогих біохімічних процесів: на фіксацію однієї молекули азоту витрачається 16 молекул АТФ. Є менш ефективні системи фіксації, які витрачають для цих цілей до 35 молекул АТФ. Є й небіологічних фіксація азоту. Після того, як почали виробляти добрива (промислова фіксація азоту), людина цілком успішно може конкурувати з біологічними фіксаторами і біосферою в кількості фіксованої азоту.

Фіксувати азот можуть тільки прокаріотів. Всі організми, здатні фіксувати азот, мають подібні ферменти Нітрогеназа. Нітрогеназа здатна працювати тільки в анаеробних умовах, в прісуствіі кисню фермент інактивується і фіксація азоту зупиняється.

Фіксований азот йде в органічні сполуки. Це процес можуть проводити бактерії і рослини. Ми можемо тільки переводити органічні з'єднання в аміак. З'єднання аміаку також можуть переходити в окису азоту, після фіксації якого бактеріями знову виходить азот.

Фіксацію азоту здійснюють близько 250 штамів еубактерій: азотобактера, клостридії і ін Половину цих штамів складають різні види ціанобактерій, раніше звані синьо-зеленими водоростями.

Як вже говорилося, Нітрогеназа чутлива до кисню. У його присутності вона інактивується і тоді не оборотна. А синьо-зелені водорості займаються фотосинтезом, при якому утворюється кисень, і процес фіксації азоту несумісний з процесом фотосинтезу. В результаті, вдень нитчастих ціанобактерій осцилятор займається фотосинтезом, а вночі, коли фотосинтез не йде, вона займається фіксацією азоту.

Єдиний організм, здатного одночасно проводити і фіксацію азоту і фотосинтез, це ціанобактерій Anabaena. Яким чином це здійснюється? Фотосинтез відбувається в більшості клітин (зелені клітини на малюнку) на світлі, і ціанобактерій може використовувати джерела азоту, розчинені в навколишньому середовищі. Однак якщо азоту не вистачає, вона переходить до фіксації азоту. Для цього окремі клітини, які раніше займалися фотосинтезом, диференціюються. Вони називаються Гетероцисти. Це більш великі клітини, вкриті щільною оболонкою. Фотосинтез в них припиняється, і ферменти фотосинтезу з них зникають. Зате починається синтез Нітрогеназа. Товста оболонка не пропускає всередину кисень, і в Гетероцисти відбувається фіксація азоту, в той час, як всі інші клітини займаються фотосинтезом. Все, що потрібно Гетероцисти для роботи (у тому числі і азот), вона отримує від сусідніх клітин через спеціальні міжклітинні контакти, а сама Гетероцисти віддає сусіднім клітинам амінокислоту глутамін (подивіться будова амінокислот в лекції 4), яка синтезується після фіксації азоту.

До фотосинтезу здатні багато представників прокаріотів. Раніше ми вже згадували, що фотосинтез буває Оксигенний і аноксигенний фотосинтез. Поєднують обидва цих виду знову ж таки ціанобактерії. Більшість бактерій здатні поводити тільки один з двох типів фотосинтезу. Зустрічаються фотосінтетікі і серед архей.

Для фотосинтезу необхідне світло. При цьому використовуються світлові хвилі певного діапазаноа, який залежить від "налаштування" біоантенн, що уловлюють квант світла. Жорсткий ультрафіолет використовуватися не може, так як він пошкоджує ДНК і білки. Рослини реагують на світло довжиною хвилі до 700 нм.

Прокаріоти користуються більш широким спектром випромінювання. Найбільш проста схема фотосинтезу - У археї галобактеріі, що живе в Мертвому морі. Червонувата забарвлення цих бактерій обумовлена наявністю пігментів каротиноїдів, що захищають клітини від фотоповрежденій, що цілком можливі при високій інтенсивності сонячного світла. Фотосинтез у галобактерій проводиться спеціальним білком бактеріородопсин. Цей білок знаходиться у клітинній мембрані, вловлює квант світла і переводить його енергію в електрохімічний заряд на мембрані (DmH). У якісно "антени", вловлює світло в бактеріородопсин, використовується ретиналь - світлочутливий молекула, така ж, як та, що міститься в Родопсин, светочувстітельном білку вищих організмів.

Фотоантенной у ціанобактерій і вищих рослин служать хлорофіли. Це складні поліциклічні з'єднання з наявністю сполучених зв'язків.

Список літератури

Для підготовки даної роботи були використані матеріали з сайту http://bio.fizteh.ru