蓝藻如何进行光合作用?
首先,在光反应阶段,蓝藻和高等植物一样,都是有细胞器的。也就是说,在叶绿体膜外面,还有一层类囊体膜。 光合色素主要存在于类囊体膜上,包括两类:光系统Ⅱ(PSII)和光系统Ⅰ(PSI)。其中,PSII是光能吸收、传递以及电子供体酶复合体,由一个绿色的D1蛋白复合物和一个由多个不同亚基组成的D2蛋白构成; PSI是与有氧呼吸有关的复杂酶系,具有催化中心、调节亚基和组分(如P700、FAD等)。这些结构都是进行正常光合作用所必需的。 而与真核生物相类似,蓝藻的线粒体中也有复杂的细胞色素氧化酶系,可以进行无氧呼吸,产生ATP以满足能量的需要。 但是,如果上述结构有了缺陷,则会导致蓝藻的光合能力下降甚至完全丧失。如缺乏D1结构的异质型藻蓝蛋白(Cyanoporphyrinix),则可能导致蓝光敏感型蓝藻的光抑制,从而影响其生长。又比如缺少D2结构的红颗藻,对红光不敏感,对蓝光非常敏感,如果在黑暗处长时间培养,虽然能够恢复,但经过一段时间又会恢复到缺损的状态;而如果有强光源照射,则可暂时恢复。另外,红颗藻在黑暗处长期培养,细胞内会出现大量的醌类物质(这类物质是有氧呼吸的末端产物),说明其已经形成了无氧代谢途径。
总之,尽管蓝藻没有真正的细胞器,但在光电转换过程中,是由含有光合色素的类囊体膜作为载体,将光能转化为化学能,并迅速通过细胞骨架传递至基质中,参与化学反应。可以说蓝藻的光合作用过程与真核生物的光合作用原理是一致的。 其次,在暗反应阶段,蓝藻的碳同化方式与高等植物差不多,也是在细胞溶胶中经三羧酸循环和卡尔文循环完成CO2的固定和光合磷酸化,以生成丙酮酸或草酰乙酸作为还原边。但是在这里,由于没有了叶绿体的束缚,各反应中间产物的扩散阻力远远小于真核细胞,所以反应速度要比真核细胞快得多。