Kas yra purpurinė bakterija? Šie mikroorganizmai yra pigmentuoti bakteriochlorofilu a arba b kartu su įvairiais karotenoidais, kurie suteikia jiems purpurinės, raudonos, rudos ir oranžinės spalvos. Tai gana įvairi grupė. Jas galima suskirstyti į dvi grupes: purpurines sieros bakterijas ir paprastas purpurines bakterijas (Rhodospirillaceae). 2018 m. Energetikos tyrimų sienose buvo pasiūlyta juos naudoti kaip biologinius išteklius.
Biologija
Purpurinės bakterijos dažniausiai yra fotoautotrofinės, tačiau žinomos ir chemoautotrofinės bei fotoheterotropinės rūšys. Jie gali būti miksotrofai, galintys aerobiškai kvėpuoti ir fermentuotis.
Purpurinių bakterijų fotosintezė vyksta ląstelių membranos reakcijos centruose, kur fotosintezės pigmentai (t. y. bakteriochlorofilas, karotenoidai) ir pigmentus surišantys b altymai patenka į invaginaciją, kad susidarytų specifinės pūslelės, kanalėliai arba vienos poros arba sukrauti sluoksniai. lakštai. Tai vadinama intracitoplazmine membrana (ICM), kuri turi išsiplėtusiąpaviršiaus plotas, siekiant maksimaliai padidinti šviesos sugertį.
Fizika ir chemija
Purpurinės bakterijos naudoja ciklinį elektronų perdavimą, kurį sukelia daugybė redokso reakcijų. Šviesos surinkimo kompleksai, supantys reakcijos centrą (RC), surenka fotonus rezonansinės energijos pavidalu, užfiksuodami P870 arba P960 chlorofilo pigmentus, esančius RC. Sužadinti elektronai pereina nuo P870 iki chinonų QA ir QB, tada pereina į citochromą bc1, citochromą c2 ir atgal į P870. Redukuotas chinonas QB pritraukia du citoplazminius protonus ir tampa QH2, galiausiai oksiduodamasis ir išlaisvindamas protonus, kuriuos citochromo bc1 kompleksas pumpuoja į periplazmą. Gautas krūvio pasidalijimas tarp citoplazmos ir periplazmos sukuria protonų varomąją jėgą, kurią ATP sintazė naudoja ATP energijai generuoti.
Purpurinės bakterijos taip pat perduoda elektronus iš išorinių donorų tiesiai į citochromą bc1, kad sukurtų NADH arba NADPH, naudojamus anabolizmui. Jie yra pavieniai kristalai, nes jie nenaudoja vandens kaip elektronų donoro deguoniui gaminti. Viena purpurinių bakterijų rūšis, vadinama purpurinėmis sieros bakterijomis (PSB), naudoja sulfidą arba sierą kaip elektronų donorus. Kitas tipas, vadinamas purpurinėmis nesierinėmis bakterijomis, paprastai naudoja vandenilį kaip elektronų donorą, bet taip pat gali naudoti sulfidus arba organinius junginius, kurių koncentracija mažesnė nei PSB.
Violetinės bakterijosnėra pakankamai išorinių elektronų nešėjų, kad spontaniškai redukuotų NAD(P)+ į NAD(P)H, todėl jie turi panaudoti savo redukuotus chinonus, kad NAD(P)+ redukuotų entuziastingai. Šį procesą skatina varomoji protono jėga ir jis vadinamas atvirkštiniu elektronų srautu.
Siera vietoj deguonies
Purpurinės nesierinės bakterijos buvo pirmosios bakterijos, kurių fotosintezė vyksta be deguonies kaip šalutinio produkto. Vietoj to, jų šalutinis produktas yra siera. Tai buvo įrodyta, kai pirmą kartą buvo nustatytos bakterijų reakcijos į skirtingas deguonies koncentracijas. Nustatyta, kad bakterijos greitai pasišalina nuo menkiausio deguonies pėdsako. Tada jie atliko eksperimentą, kuriame panaudojo bakterijų lėkštelę, o šviesa buvo sutelkta į vieną jo dalį, o kita buvo palikta tamsoje. Kadangi bakterijos negali išgyventi be šviesos, jos pereina į šviesos ratą. Jei jų gyvybės šalutinis produktas būtų deguonis, padidėjus deguonies kiekiui, atstumai tarp individų padidėtų. Tačiau dėl purpurinių ir žalių bakterijų elgesio fokusuotoje šviesoje buvo padaryta išvada, kad bakterijų fotosintezės šalutinis produktas negali būti deguonis.
Tyrėjai teigia, kad kai kurios purpurinės bakterijos šiandien yra susijusios su mitochondrijomis, simbiotinėmis bakterijomis augalų ir gyvūnų ląstelėse, kurios veikia kaip organelės. Jų b altymų struktūros palyginimas rodo, kad yra bendras šių struktūrų protėvis. Purpurinės žalios bakterijos ir heliobakterijos taip pat turi panašią struktūrą.
Sieros bakterijos (sieros bakterijos)
Purpurinės sieros bakterijos (PSB) yra proteobakterijų grupės, galinčios fotosintezuoti, dalis, bendrai vadinamos purpurinėmis bakterijomis. Jie yra anaerobiniai arba mikroaerofiliniai ir dažnai randami sluoksniuotoje vandens aplinkoje, įskaitant karštuosius š altinius, stovinčius baseinus ir mikrobų sankaupas didelio vandens telkiniuose. Skirtingai nuo augalų, dumblių ir melsvadumblių, purpurinės sieros bakterijos nenaudoja vandens kaip redukuojančios medžiagos, todėl negamina deguonies. Vietoj to jie gali naudoti sierą sulfido arba tiosulfato pavidalu (o kai kurios rūšys taip pat gali naudoti H2, Fe2+ arba NO2-) kaip elektronų donorą savo fotosintezės keliuose. Siera oksiduojama, kad susidarytų elementinės sieros granulės. Tai, savo ruožtu, gali būti oksiduojama, kad susidarytų sieros rūgštis.
Klasifikacija
Purpurinių bakterijų grupė yra suskirstyta į dvi šeimas: Chromatiaceae ir Ectothiorhodospiraceae, kurios gamina atitinkamai vidines ir išorines sieros granules ir skiriasi jų vidinių membranų struktūra. Jie sudaro dalį Chromatiales būrio, įtraukto į proteobakterijų gama skyrių. Halothiobacillus gentis taip pat yra įtraukta į savo šeimą Chromatiales, tačiau ji nėra fotosintetinė.
Buveinės
Purpurinės sieros bakterijos paprastai randamos apšviestose beanoksinėse ežerų zonose ir kitose vandens buveinėse, kuriose kaupiasi vandenilio sulfidas,o taip pat ir „sieriniuose š altiniuose“, kur geocheminiu ar biologiniu būdu pagamintas sieros vandenilis gali sukelti purpurinės sieros bakterijų žydėjimą. Fotosintezei reikalingos anoksinės sąlygos; šios bakterijos negali klestėti deguonies prisotintoje aplinkoje.
Meromiktiniai (nuolat stratifikuoti) ežerai yra palankiausi purpurinės sieros bakterijų vystymuisi. Jie stratifikuojasi, nes dugne yra tankesnis (dažniausiai fiziologinis) vanduo, o arčiau paviršiaus – ne toks tankus (dažniausiai gėlas). Purpurinės sieros bakterijų augimą taip pat palaiko sluoksniavimasis holomiktiniuose ežeruose. Jie yra termiškai stratifikuoti: pavasarį ir vasarą paviršinis vanduo įkaista, todėl viršutinis vanduo tampa mažiau tankus nei apatinis, o tai suteikia gana stabilų stratifikaciją purpurinės sieros bakterijoms augti. Jei yra pakankamai sulfato sulfatacijai palaikyti, nuosėdose susidaręs sulfidas pasklinda aukštyn į beoksinius dugno vandenis, kur purpurinės sieros bakterijos gali sudaryti tankias ląstelių mases.
Klasteriai
Purpurinės sieros bakterijų taip pat galima rasti ir jos yra svarbi tarpinių mikrobų sankaupų sudedamoji dalis. Klasteriai, tokie kaip Sippewissett mikrobų kilimas, turi dinamišką aplinką dėl potvynių ir įtekančio gėlo vandens, todėl aplinka susidaro panašiai kaip meromiktinių ežerų. Violetinės sieros bakterijų augimassuaktyvėja, nes siera tiekiama dėl virš jų esančių mikroorganizmų žūties ir irimo. Dėl stratifikacijos ir sieros š altinio PSB gali augti šiuose potvynių baseinuose, kur vyksta agregacijos. PSB gali padėti stabilizuoti mikrobų nuosėdas, nes išskiria ekstraląstelines polimerines medžiagas, kurios gali surišti nuosėdas vandens baseinuose.
Ekologija
Purpurinės sieros bakterijos gali daryti įtaką aplinkai, skatindamos maistinių medžiagų ciklą, naudodamos savo medžiagų apykaitą aplinkai keisti. Jie gali atlikti svarbų vaidmenį pirminėje gamyboje, darydami įtaką anglies ciklui per anglies fiksavimą. Violetinės sieros bakterijos taip pat prisideda prie fosforo gamybos savo buveinėje. Dėl šių organizmų gyvybinės veiklos fosforas, kuris riboja maistinių medžiagų kiekį ežerų oksidiniame sluoksnyje, yra perdirbamas ir tiekiamas heterotrofinėms bakterijoms. Tai rodo, kad nors purpurinės sieros bakterijos randamos jų buveinės beanoksiniame sluoksnyje, jos gali paskatinti daugelio heterotrofinių organizmų augimą, tiekdamos neorganines maistines medžiagas į minėtą oksido sluoksnį.
