History of concepts of the comparative biochemistry of oxygenic and anoxygenic photosyntheses

Experimente von Hans Molisch im Jahr 1907 zeigten, dass Purpurbakterien während des photosynthetischen Metabolismus keinen molekularen Sauerstoff entwickeln und organische Verbindungen als Quellen für Zellkohlenstoff für das anaerobe photoheterotrophe Wachstum verwenden können. Molischs Schlussfolgerung, dass er einen neuen photosynthetischen Wachstumsmodus entdeckte, wurde wegen der vorherrschenden Definition der Photosynthese als lichtabhängige Umwandlung von Kohlendioxid und anorganischen Reduktionsmitteln in Zellmaterialien etwa 30 Jahre lang nicht akzeptiert. Währenddessen formulierte Cornelis van Niel im Jahrzehnt der 1930er Jahre die ‘comparative biochemical Watercleavage hypothesis’ der Photosynthese, die sich seit etwa 20 Jahren großer Beliebtheit erfreute. Nach diesem Konzept ergab die Photolyse von Wasser ‘H’ und ‘OH’, wobei ersteres als Wasserstoffdonor für die CO2-Reduktion in allen Modi der Photosynthese fungierte. Es wurde angenommen, dass sauerstoffhaltige Organismen ein einzigartiges biochemisches System enthalten, das OH in Wasser und O2 umwandeln kann. Um das Fehlen der O2-Bildung durch violette und grüne photosynthetische Bakterien zu erklären, wurde angenommen, dass solchen Organismen das sauerstoffbildende System fehlte, und stattdessen wurde ‘OH’ durch Reduktion mit einem anorganischen H (e) -Donor (außer Wasser) gemäß der allgemeinen Gleichung entsorgt: wobei H2A H2 oder eine anorganische Schwefelverbindung ist.Kritische Tests von van Niels Hypothese konnten nicht entwickelt werden, und sein Vorschlag wurde bald nach der Entdeckung der In-vitro-Photophosphorylierung durch grüne Pflanzenchloroplasten und Membranen von Purpurbakterien im Jahr 1954 aufgegeben. Die Photophosphorylierung wurde dann als einer der wichtigsten gemeinsamen Nenner oxygener und anoxygener Photosynthesen angesehen. Aus späteren Forschungen wurde klar, dass die lichtabhängige Phosphorylierung von Adenosindiphosphat eine Folge der photochemischen Ladungstrennung und des Elektronenflusses in Reaktionszentren war, die in Membranen aller photosynthetischen Organismen eingebettet waren. Es wird nun angenommen, dass die Ähnlichkeiten sowie die Unterschiede in der Feinstruktur und Funktion von Reaktionszentren in anoxygenen und oxygenen Organismen den Verlauf der Evolution von oxygenen Organismen aus anoxygenen photosynthetischen Vorläufern widerspiegeln. Mit dem Erwerb neuer Erkenntnisse haben sich die Konzepte der vergleichenden Biochemie photosynthetischer Prozesse in den letzten Jahrzehnten radikal verändert. Dieses Papier beschreibt Höhepunkte der Geschichte dieser Veränderungen.