Kas ir purpursarkanā baktērija? Šie mikroorganismi ir pigmentēti ar bakteriohlorofilu a vai b kopā ar dažādiem karotinoīdiem, kas tiem piešķir krāsas, sākot no purpursarkanas, sarkanas, brūnas un oranžas. Šī ir diezgan daudzveidīga grupa. Tās var iedalīt divās grupās: purpura sēra baktērijas un vienkāršas purpura baktērijas (Rhodospirillaceae). 2018. gada enerģētikas pētniecības robežu dokumentā tika ierosināts tos izmantot kā bioloģiskos resursus.
Bioloģija
Purpursarkanās baktērijas pārsvarā ir fotoautotrofas, taču ir zināmas arī ķīmiskās autotrofās un fotoheterotropās sugas. Tie var būt miksotrofi, kas spēj veikt aerobo elpošanu un fermentāciju.
Purpursarkano baktēriju fotosintēze notiek šūnu membrānas reakcijas centros, kur invaginācijā tiek ievadīti fotosintēzes pigmenti (t.i., bakteriohlorofils, karotinoīdi) un pigmentu saistoši proteīni, veidojot specifiskas pūslīšus, kanāliņus vai viena pāra vai saliktas lamelāras formas. loksnes. To sauc par intracitoplazmas membrānu (ICM), kurai ir palielinātavirsmas laukums, lai maksimāli palielinātu gaismas absorbciju.
Fizika un ķīmija
Purpursarkanās baktērijas izmanto ciklisku elektronu pārnesi, ko izraisa virkne redoksreakciju. Gaismas savākšanas kompleksi, kas ieskauj reakcijas centru (RC), savāc fotonus rezonanses enerģijas veidā, uztverot P870 vai P960 hlorofila pigmentus, kas atrodas RC. Uzbudinātie elektroni cirkulē no P870 uz hinoniem QA un QB, pēc tam pāriet uz citohromu bc1, citohromu c2 un atpakaļ uz P870. Reducētais hinons QB piesaista divus citoplazmas protonus un kļūst par QH2, galu galā tiek oksidēts un atbrīvojot protonus, ko citohroma bc1 komplekss iesūknē periplazmā. Rezultātā iegūtā lādiņa sadale starp citoplazmu un periplazmu rada protonu dzinējspēku, ko izmanto ATP sintāze, lai radītu ATP enerģiju.
Purpursarkanās baktērijas arī pārnes elektronus no ārējiem donoriem tieši uz citohromu bc1, lai radītu NADH vai NADPH, ko izmanto anabolismam. Tie ir atsevišķi kristāli, jo tie neizmanto ūdeni kā elektronu donoru skābekļa ražošanai. Viena veida purpursarkanās baktērijas, ko sauc par purpura sēra baktērijām (PSB), izmanto sulfīdu vai sēru kā elektronu donorus. Cits veids, ko sauc par purpursarkanajām bezsēra baktērijām, parasti izmanto ūdeņradi kā elektronu donoru, taču var izmantot arī sulfīdus vai organiskos savienojumus zemākā koncentrācijā, salīdzinot ar PSB.
Violetas baktērijasnav pietiekami daudz ārējo elektronu nesēju, lai spontāni reducētu NAD(P)+ līdz NAD(P)H, tāpēc tiem ir jāizmanto savi reducētie hinoni, lai enanghorous reducētu NAD(P)+. Šo procesu virza protona virzošais spēks, un to sauc par elektronu apgriezto plūsmu.
Sērs skābekļa vietā
Violetās bezsēra baktērijas bija pirmās baktērijas, kurām bija fotosintēze bez skābekļa kā blakusprodukta. Tā vietā to blakusprodukts ir sērs. Tas tika pierādīts, kad pirmo reizi tika noteikta baktēriju reakcija uz dažādām skābekļa koncentrācijām. Ir konstatēts, ka baktērijas ātri attālinās no mazākajām skābekļa pēdām. Tad viņi veica eksperimentu, kurā izmantoja baktēriju trauku, un gaisma tika fokusēta uz vienu tā daļu, bet otra tika atstāta tumsā. Tā kā baktērijas nevar izdzīvot bez gaismas, tās pārvietojas gaismas lokā. Ja viņu dzīves blakusprodukts būtu skābeklis, attālumi starp indivīdiem kļūtu lielāki, palielinoties skābekļa daudzumam. Bet purpursarkano un zaļo baktēriju uzvedības dēļ fokusētā gaismā tika secināts, ka baktēriju fotosintēzes blakusprodukts nevar būt skābeklis.
Pētnieki ir ierosinājuši, ka dažas purpursarkanās baktērijas mūsdienās ir saistītas ar mitohondrijiem, simbiotiskām baktērijām augu un dzīvnieku šūnās, kas darbojas kā organellas. To olb altumvielu struktūras salīdzinājums liecina, ka šīm struktūrām ir kopīgs priekštecis. Purpura zaļajām baktērijām un heliobaktērijām arī ir līdzīga struktūra.
Sēra baktērijas (sēra baktērijas)
Purpura sēra baktērijas (PSB) ir daļa no proteobaktēriju grupas, kas spēj veikt fotosintēzi, ko kopā dēvē par purpura baktērijām. Tie ir anaerobi vai mikroaerofīli un bieži sastopami slāņveida ūdens vidē, tostarp karstajos avotos, stāvošos baseinos un mikrobu agregācijās augsta ūdens apgabalos. Atšķirībā no augiem, aļģēm un zilaļģēm, purpura sēra baktērijas neizmanto ūdeni kā reducētāju un tāpēc neražo skābekli. Tā vietā viņi var izmantot sēru sulfīda vai tiosulfāta veidā (un dažas sugas var izmantot arī H2, Fe2+ vai NO2-) kā elektronu donoru savos fotosintēzes ceļos. Sērs tiek oksidēts, lai iegūtu elementārā sēra granulas. To savukārt var oksidēt, veidojot sērskābi.
Klasifikācija
Violeto baktēriju grupa ir sadalīta divās ģimenēs: Chromatiaceae un Ectothiorhodospiraceae, kas ražo attiecīgi iekšējās un ārējās sēra granulas un uzrāda atšķirības to iekšējo membrānu struktūrā. Tie ir daļa no Chromatiales kārtas, kas iekļauta proteobaktēriju gamma nodaļā. Halothiobacillus ģints ir iekļauta arī Chromatiales savā ģimenē, taču tā nav fotosintētiska.
Habitats
Purpursarkanās sēra baktērijas parasti atrodamas ezeru un citu ūdens biotopu apgaismotajās anoksiskajās zonās, kur uzkrājas sērūdeņradis,un arī "sēravotos", kur ģeoķīmiski vai bioloģiski ražots sērūdeņradis var izraisīt purpursarkano sēra baktēriju ziedēšanu. Fotosintēzei nepieciešami bezskābekļa apstākļi; šīs baktērijas nevar attīstīties vidē ar skābekli.
Meromiktiskie (pastāvīgi noslāņotie) ezeri ir vislabvēlīgākie purpura sēra baktēriju attīstībai. Tie noslāņojas, jo to apakšā ir blīvāks (parasti fizioloģisks) ūdens, bet tuvāk virsmai – mazāk blīvs (parasti saldūdens). Purpura sēra baktēriju augšanu veicina arī slāņošanās holomiktiskos ezeros. Tie ir termiski noslāņoti: pavasarī un vasarā virszemes ūdens uzsilst, padarot augšējo ūdeni mazāk blīvu nekā apakšējo, kas nodrošina diezgan stabilu noslāņošanos purpura sēra baktēriju augšanai. Ja ir pietiekami daudz sulfāta, lai atbalstītu sulfātu, nogulumos izveidotais sulfīds izkliedējas augšup bezoksiskajos grunts ūdeņos, kur purpursarkanās sēra baktērijas var veidot blīvas šūnu masas.
Klasteri
Var atrast arī purpura sēra baktērijas, un tās ir svarīga sastāvdaļa starpposma mikrobu agregācijās. Tādām kopām kā Sippewissett mikrobu paklājs ir dinamiska vide plūdmaiņu plūsmas un ienākošā saldūdens dēļ, kā rezultātā veidojas līdzīga slāņveida vide kā meromiktiskos ezeros. Purpura sēra baktēriju augšanatiek aktivizēts, jo tiek piegādāts sērs virs tiem esošo mikroorganismu nāves un sadalīšanās dēļ. Slāņojums un sēra avots ļauj PSB augt šajos plūdmaiņu baseinos, kur notiek agregācijas. PSB var palīdzēt stabilizēt mikrobu nogulsnes, izdalot ekstracelulāras polimēru vielas, kas var saistīt nogulsnes ūdensšķirtnēs.
Ekoloģija
Purpursarkanās sēra baktērijas spēj ietekmēt vidi, veicinot barības vielu apriti, izmantojot savu vielmaiņu, lai mainītu vidi. Tiem var būt nozīmīga loma primārajā ražošanā, ietekmējot oglekļa ciklu ar oglekļa fiksācijas palīdzību. Violetās sēra baktērijas arī veicina fosfora veidošanos savā dzīvotnē. Pateicoties šo organismu dzīvībai svarīgajai darbībai, fosfors, kas ierobežo barības vielu daudzumu ezeru skābekļa slānī, tiek pārstrādāts un nodots lietošanai heterotrofiskajām baktērijām. Tas norāda, ka, lai gan purpura sēra baktērijas ir atrodamas to dzīvotnes bezskābekļa slānī, tās spēj stimulēt daudzu heterotrofu organismu augšanu, piegādājot iepriekšminētajam oksīda slānim neorganiskās barības vielas.
