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原核生物的有氧呼吸和光合作用
原核生物是由原核细胞构成的。主要包括: 细菌、蓝藻、原绿藻、放线菌和立克次氏体及衣原体。在原核细胞的原生质体内有1 个DNA 的区域, 称为拟核, 拟核没有核膜和核仁的分化, 原生质体中只有核糖体而没有其他细胞器。那么, 原核细胞是如何进行呼吸作用和光合作用的呢? 下面仅就细菌和蓝藻如何进行上述生理过程做一简单分析。
1　细菌的有氧呼吸
众所周知, 线粒体是真核生物进行有氧呼吸的主要场所。而细菌是原核生物, 其细胞质中没有线粒体, 所以, 很多同学错误地认为细菌不能进行有氧呼吸。其实,多数细菌是属于好氧性的, 即通过有氧呼吸来获得生命活动所需的能量, 并且其过程与真核生物基本相同, 只不过它的电子传递链位于细胞膜的内表面或中间体( 也叫中体) 内, 中间体是细胞膜内陷形成小泡或细管样结构, 内有电子传递链的组成成分—— 细胞色素。有氧呼吸的过程也首先通过糖酵解, 在细胞质中, 由1 分子葡萄糖分解成2 分子丙酮酸, 然后经三羧酸循环产生5 对电子, 由质膜内表面的电子传递链传递给最终电子受体氧分子, 生成12 分子的水和6 分子的二氧化碳, 总计形成38 分子ATP。
2　蓝藻的光合作用
绿色植物进行光合作用的场所是叶绿体, 而蓝藻是原核生物, 细胞中无叶绿体。那么, 它的光合作用又是怎样进行的呢?
原来, 蓝藻细胞结构可分为中央质和周质, 在周质中有大量的光合片层( 也叫类囊体) , 它相当于组成叶绿体基粒的片层结构, 在这种平行折迭的膜结构上, 含有叶绿素a、类胡萝卜素和藻胆素以及与光合作用有关的酶。因此, 它的光反应和暗反应均在光合片层上进行, 即叶绿素等色素分子吸收光能把水光解, 放出分子氧, 经电子的传递和光合磷酸化, 并发生氧化型NADP 的还原和AT P 的形成, 在光合片层上,以氢作为电子受体,发生了二氧化碳的固定和还原, 由此合成有机物。可见蓝藻的光合作用机构与高等植物的光合作用大体相同。
3　细菌的光合作用
有些细菌含有光合色素( 细菌叶绿素) , 也能进行光合作用。光合细菌的细胞不存在叶绿体, 但具有双层膜的球状颗粒, 类似叶绿体的类囊体, 另称为载色体。载色体含有细菌叶绿素和类胡萝卜素, 能吸收光能和传递光能, 进行光合作用, 其主要类群有:
1) 绿硫细菌: 以无机硫化物作为还原CO2 的电子供体。反应式为:
CO2+ 2H2S光光合色素( CH2O) + 2S+ H2O
2)红硫细菌: 以H2S 作为还原CO2 的电子供体,H2S 可被氧化成硫以至硫酸。反应式为:
2CO2+ 2H2S+ 2H2O光光合色素2( CH2O) + H2SO4
3) 非硫紫菌: 通常利用某些有机物( 如乙醇、异丙醇或琥珀酸) 作为电子供体还原CO2。反应式为( 以乙醇为例) :
CO2+ 2CH3CH2OH光光合色素( CH2O) + CH3CHO+ H2O
由此可见, 细菌的光合作用与绿色植物和蓝藻不同。细菌光合作用中, CO2 的还原剂不是水光解所放出的氢, 而是其他还原剂, 故细菌进行的是不产氧光合作用。而蓝藻和绿色植物均以水作为电子供体, 进行产氧光合作用。
由上述可以看出, 原核生物虽然没有线粒体、叶绿体、但也可以进行有氧呼吸和光合作用。
《生物学通报》2003 年第 38卷第 2期
浅析原核生物的两个问题