Fialové bakterie - Purple bacteria

Fialové bakterie pěstované v Winogradský sloup

Fialové bakterie nebo fialové fotosyntetické bakterie jsou proteobakterie to jsou fototrofní, to znamená, že jsou schopni vyrábět své vlastní jídlo prostřednictvím fotosyntéza.[1] Jsou pigmentované bakteriochlorofyl A nebo b, spolu s různými karotenoidy, které jim dávají barvy v rozmezí od fialové, červené, hnědé a oranžové. Lze je rozdělit do dvou skupin - fialové bakterie síry (Chromatiales, částečně) a fialové nesírové bakterie (Rhodospirillaceae ).

Metabolismus

Fialové bakterie jsou hlavně fotoautotrofní, ale je také známo, že jsou chemoautotrofní a fotoheterotrofní. Oni mohou být mixotrofy, schopný aerobní dýchání a kvašení.[2]

Umístění

K fotosyntéze dochází v reakčních centrech na buněčná membrána, Kde fotosyntetické pigmenty (tj. bakteriochlorofyl, karotenoidy ) a proteiny vázající pigment jsou invaginovány a tvoří se váček vaky, tubuly, nebo spárované nebo skládané lamelové povlečení na postel.[3][4] Toto se nazývá intracytoplazmatická membrána (ICM), která má zvětšený povrch, aby maximalizovala absorpci světla.

Fialová nesírová bakterie Rhodospirillum

Mechanismus

Fialové bakterie používají cyklické transport elektronů poháněn řadou redox reakce.[5] Komplexy pro sběr světla obklopující a reakční centrum (RC) sklízejí fotony ve formě rezonanční energie, vzrušující chlorofyl pigmenty P870 nebo P960 umístěné v RC. Vzrušené elektrony jsou cyklovány od P870 do chinony QA a QB, pak přešel na cytochrom bc1, cytochrom c2, a zpět na P870. Snížený chinon QB přitahuje dva cytoplazmatické protony a stává se QH2, nakonec oxidován a uvolňovat protony, které mají být čerpány do periplazma cytochromem bc1 komplex.[4][6] Výsledná separace náboje mezi cytoplazmou a periplazmou generuje a hnací síla protonu používá ATP syntáza k výrobě ATP energie.[7][8]

Dárci elektronů pro anabolismus

Fialové bakterie také přenášejí elektrony z vnějšku dárci elektronů přímo na cytochrom bc1 vygenerovat NADH nebo NADPH používá anabolismus.[9] Oni jsou anoxygenní protože nepoužívají vodu jako dárce elektronů k výrobě kyslíku. Jeden typ fialové bakterie, tzvfialové bakterie síry (PSB), použijte sulfid nebo síra jako dárci elektronů.[10] Obvykle se používá jiný typ, který se nazývá fialové nesírové bakterievodík jako dárce elektronů, ale může také použít sulfid nebo organické sloučeniny při nižších koncentracích ve srovnání s PSB.

Fialové bakterie postrádají externí nosiče elektronů, aby spontánně snížily NAD (P)+ na NAD (P) H, takže musí použít své redukované chinony k endergonicky snížit NAD (P)+. Tento proces je řízen hnací síla protonu a je volán zpětný tok elektronů.[9]

Dějiny

Fialové bakterie byly prvními objevenými bakteriemi[když? ] fotosyntetizovat bez vedlejších produktů kyslíku. Místo toho je jejich vedlejším produktem síra. To bylo prokázáno prvním stanovením reakcí bakterií na různé koncentrace kyslíku. Bylo zjištěno, že bakterie se rychle vzdálily i od sebemenší stopy kyslíku. Poté byla odebrána miska s bakteriemi a na jednu část mísy bylo zaměřeno světlo, zbytek byl tmavý. Jelikož bakterie nemohou přežít bez světla, všechny bakterie se přesunuly do světelného kruhu a staly se velmi přeplněnými. Pokud by bakteriálním vedlejším produktem byl kyslík, vzdálenosti mezi jednotlivci by se zvětšovaly a zvětšovaly, jak by se vyrábělo více kyslíku. Ale kvůli chování bakterií v zaostřeném světle se dospělo k závěru, že fotosyntetickým vedlejším produktem bakterií nemůže být kyslík.[Citace je zapotřebí ]

V roce 2018 Hranice v energetickém výzkumu [de ] článku, bylo navrženo, že fialové bakterie mohou být použity jako a biorafinerie.[11][12]

Vývoj

Vědci se domnívali, že některé fialové bakterie souvisí s mitochondrie, symbiotické bakterie v rostlinných a živočišných buňkách dnes fungují jako organely. Porovnání jejich proteinové struktury naznačuje, že existuje společný předek.[13]

Taxonomie

Fialové nesírové bakterie se nacházejí mezi alfa a beta podskupiny, včetně:

Nachový síra bakterie jsou zahrnuty mezi podskupina gama a sestavit objednávku Chromatiales. Podobnost mezi fotosyntetickým aparátem v těchto různých řádcích naznačuje, že měl společný původ, buď od nějakého společného předka, nebo předaný postranním přenosem.

Reference

  1. ^ D. A. Bryant, N.-U. Frigaard (listopad 2006). "Prokaryotická fotosyntéza a fototrofie osvětlena". Trends Microbiol. 14 (11): 488–96. doi:10.1016 / j.tim.2006.09.001. PMID  16997562.
  2. ^ A. A. Tsygankov; A. N. Khusnutdinova (leden 2015). "Vodík v metabolismu fialových bakterií a vyhlídky na praktické použití". Mikrobiologie. 84 (1): 1–22. doi:10.1134 / S0026261715010154.
  3. ^ "Struktura, funkce a tvorba bakteriálních intracytoplazmatických membrán". ResearchGate. Citováno 2017-10-08.
  4. ^ A b Alastair G. McEwan (březen 1994). "Fotosyntetický transport elektronů a anaerobní metabolismus ve fialových nesirných fototrofních bakteriích". Antonie van Leeuwenhoek. 66 (1–3): 151–164. doi:10.1007 / BF00871637. PMID  7747929.
  5. ^ Klamt, Steffen; Grammel, Hartmut; Straube, Ronny; Ghosh, Robin; Gilles, Ernst Dieter (2008-01-15). „Modelování elektronového transportního řetězce fialových nesírných bakterií“. Molekulární biologie systémů. 4: 156. doi:10.1038 / msb4100191. ISSN  1744-4292. PMC  2238716. PMID  18197174.
  6. ^ Cogdell, Richard J; Gall, Andrew; Köhler, Jürgen (srpen 2006). „Architektura a funkce aparátu na sběr fialových bakterií: od singlemolekul po vivomembrány“. Čtvrtletní recenze biofyziky. 39 (3): 227–324. doi:10.1017 / S0033583506004434. PMID  17038210. Citováno 8. října 2017.
  7. ^ E., Blankenship, Robert (2002). Molekulární mechanismy fotosyntézy. Oxford: Blackwell Science. ISBN  9780632043217. OCLC  49273347.
  8. ^ Hu, Xiche; Damjanović, Ana; Ritz, Thorsten; Schulten, Klaus (26. 05. 1998). „Architektura a mechanismus aparátu na sběr fialové bakterie“. Sborník Národní akademie věd. 95 (11): 5935–5941. Bibcode:1998PNAS ... 95,5935H. doi:10.1073 / pnas.95.11.5935. ISSN  0027-8424. PMC  34498. PMID  9600895.
  9. ^ A b „Architektura a funkce aparátu na sběr fialových bakterií: od jednotlivých molekul po membrány in vivo“. ProQuest. Citováno 2017-10-08.
  10. ^ Basak, Nitai; Das, Debabrata (01.01.2007). „Vyhlídka na fotosyntetické bakterie pro produkci vodíku na bázi fialové nesíry (PNS): současný stav techniky“. World Journal of Microbiology and Biotechnology. 23 (1): 31–42. doi:10.1007 / s11274-006-9190-9. ISSN  0959-3993.
  11. ^ „Baterie„ fialových bakterií “mění splašky na čistou energii“. Věda denně. 13. listopadu 2018. Citováno 14. listopadu 2018.
  12. ^ Ioanna A. Vasiliadou a kol. (13. listopadu 2018). „Biologické a bioelektrochemické systémy pro produkci vodíku a fixaci uhlíku pomocí fialových fototrofních bakterií“. Hranice v energetickém výzkumu. 6. doi:10.3389 / fenrg.2018.00107.CS1 maint: používá parametr autoři (odkaz)
  13. ^ Bui, E. T .; Bradley, P. J .; Johnson, P. J. (3. září 1996). „Společný evoluční původ pro mitochondrie a vodíkové atomy“. Sborník Národní akademie věd Spojených států amerických. 93 (18): 9651–9656. Bibcode:1996PNAS ... 93,9651B. doi:10.1073 / pnas.93.18.9651. PMC  38483. PMID  8790385.