Күлгін бактериялар дегеніміз не? Бұл микроорганизмдер әртүрлі каротиноидтармен бірге бактериохлорофилл a немесе b пигментациясына ие, олар күлгін, қызыл, қоңыр және қызғылт сары түстерді береді. Бұл өте әртүрлі топ. Оларды екі топқа бөлуге болады: күлгін күкіртті бактериялар және қарапайым күлгін бактериялар (Rhodospirillaceae). 2018 жылғы Frontiers in Energy Research мақаласы оларды биоресурстар ретінде пайдалануды ұсынды.
Биология
Күлгін бактериялар негізінен фотоавтотрофты, бірақ хемоатотрофты және фотогетеротропты түрлері де белгілі. Олар аэробты тыныс алуға және ашытуға қабілетті миксотрофтар болуы мүмкін.
Күлгін бактериялардың фотосинтезі жасуша мембранасындағы реакция орталықтарында жүреді, онда фотосинтетикалық пигменттер (мысалы, бактериохлорофилл, каротиноидтар) және пигментті байланыстыратын белоктар арнайы көпіршіктерді, түтікшелерді немесе бір жұпты немесе қабаттасқан қабаттарды қалыптастыру үшін инвагинацияға енгізіледі. парақтар. Бұл үлкейген интрацитоплазмалық мембрана (ICM) деп аталадыжарықты сіңіруді барынша арттыру үшін бетінің ауданы.
Физика және химия
Күлгін бактериялар тотығу-тотықсыздану реакцияларының сериясынан туындаған циклдік электрон тасымалдауды пайдаланады. Реакция орталығын (RC) қоршап тұрған жарық жинау кешендері РК-да орналасқан P870 немесе P960 хлорофилл пигменттерін басып, резонанстық энергия түрінде фотондарды жинайды. Қозған электрондар P870-ден QA және QB хинондарына айналады, содан кейін bc1 цитохромына, c2 цитохромына және қайтадан P870-ге өтеді. Қысқартылған хинон QB екі цитоплазмалық протонды тартады және QH2-ге айналады, ақырында тотығады және цитохром bc1 кешені арқылы периплазмаға айдалатын протондарды босатады. Нәтижесінде цитоплазма мен периплазма арасындағы зарядты бөлісу ATP энергиясын генерациялау үшін ATP синтазасы пайдаланатын протонды қозғаушы күш жасайды.
Күлгін бактериялар анаболизм үшін пайдаланылатын NADH немесе NADPH генерациялау үшін сыртқы донорлардан электрондарды тікелей bc1 цитохромына тасымалдайды. Олар монокристалдар болып табылады, өйткені олар суды оттегі өндіру үшін электронды донор ретінде пайдаланбайды. Күлгін күкірт бактериялары (PSB) деп аталатын күлгін бактериялардың бір түрі электронды донор ретінде сульфидті немесе күкіртті пайдаланады. Күлгін күкіртсіз бактериялар деп аталатын басқа түрі әдетте сутекті электронды донор ретінде пайдаланады, бірақ сонымен қатар сульфидті немесе органикалық қосылыстарды PSB-мен салыстырғанда төмен концентрацияларда пайдалана алады.
Күлгін бактерияларNAD(P)+-ны NAD(P)H-қа өздігінен азайту үшін сыртқы электрон тасымалдаушылар жеткіліксіз, сондықтан олар NAD(P)+-ны итермелеу үшін қысқартылған хинондарын пайдалануы керек. Бұл процесс протонның қозғаушы күшімен қозғалады және электрондардың кері ағыны деп аталады.
Оттегінің орнына күкірт
Күлгін күкіртсіз бактериялар жанама өнім ретінде оттегісіз фотосинтез жасайтын алғашқы бактериялар болды. Оның орнына олардың қосымша өнімі күкірт болып табылады. Бұл бактериялардың оттегінің әртүрлі концентрацияларына реакциялары алғаш рет анықталған кезде дәлелденді. Бактериялар оттегінің шамалы ізінен де тез алыстайтыны анықталды. Содан кейін олар бактериялардың ыдысын қолданатын эксперимент жасады, ал жарық оның бір бөлігіне бағытталған, ал екіншісі қараңғыда қалды. Бактериялар жарықсыз өмір сүре алмайтындықтан, олар жарық шеңберіне көшеді. Егер олардың өмірінің жанама өнімі оттегі болса, оттегінің мөлшері артқан сайын адамдар арасындағы қашықтық үлкенірек болар еді. Бірақ фокусталған жарықта күлгін және жасыл бактериялардың әрекетіне байланысты бактериялық фотосинтездің жанама өнімі оттегі болуы мүмкін емес деген қорытындыға келді.
Зерттеушілер бүгінгі күні кейбір күлгін бактериялар органеллалар ретінде әрекет ететін өсімдік және жануарлар жасушаларындағы симбиотикалық бактериялар, митохондриялармен байланысты деп болжайды. Олардың ақуыздық құрылымын салыстыру бұл құрылымдардың ортақ арғы тегі бар екенін көрсетеді. Күлгін жасыл бактериялар мен гелиобактериялардың да құрылымы ұқсас.
Күкірт бактериялары (күкірт бактериялары)
Күлгін күкірт бактериялары (PSB) фотосинтезге қабілетті протеобактериялар тобының бөлігі болып табылады, жалпы алғанда күлгін бактериялар деп аталады. Олар анаэробты немесе микроаэрофильді және жиі қатпарлы су орталарында, соның ішінде ыстық бұлақтарда, тоқырау бассейндерінде және жоғары су аймақтарындағы микробтық агрегацияларда кездеседі. Өсімдіктерге, балдырларға және цианобактерияларға қарағанда, күлгін күкірт бактериялары суды қалпына келтіретін зат ретінде пайдаланбайды, сондықтан оттегін шығармайды. Оның орнына олар күкіртті сульфид немесе тиосульфат түріндегі (және кейбір түрлер де H2, Fe2+ немесе NO2- қолдана алады) фотосинтез жолдарында электронды донор ретінде пайдалана алады. Күкірт элементарлы күкірт түйіршіктерін алу үшін тотығады. Бұл, өз кезегінде, күкірт қышқылын түзу үшін тотығуға болады.
Жіктеу
Күлгін бактериялар тобы екі тұқымдасқа бөлінеді: Chromatiaceae және Ectothiorhodospiraceae, олар сәйкесінше ішкі және сыртқы күкірт түйіршіктерін түзеді және олардың ішкі мембраналарының құрылымында айырмашылықтар көрсетеді. Олар Proteobacteria гамма бөліміне кіретін Chromatiales отрядының бір бөлігін құрайды. Halothiobacillus тұқымдасы да Chromatiales тұқымдасына кіреді, бірақ ол фотосинтетикалық емес.
Тіршілік ету орындары
Күлгін күкірт бактериялары әдетте күкіртсутегі жинақталатын көлдердің және басқа су мекендейтін жерлердегі жарықтандырылған аноксиктік аймақтарда,сондай-ақ геохимиялық немесе биологиялық жолмен алынған күкіртсутек күлгін күкірт бактерияларының гүлденуіне себеп болатын «күкіртті бұлақтарда». Фотосинтез үшін аноксиктік жағдайлар қажет; бұл бактериялар оттегі бар ортада өсе алмайды.
Меромиктикалық (тұрақты қатпарлы) көлдер күлгін күкірт бактерияларының дамуына ең қолайлы болып табылады. Олар стратификацияланады, себебі олардың түбінде тығызырақ (әдетте физиологиялық) су және жер бетіне жақынырақ тығыздығы азырақ (әдетте тұщы су). Күлгін күкірт бактерияларының көбеюі голомиктикалық көлдерде қабаттасу арқылы да қамтамасыз етіледі. Олар термиялық стратификацияланған: көктемде және жазда жер үсті суы қызады, жоғарғы суды төменгіге қарағанда тығызырақ етеді, бұл күлгін күкірт бактерияларының өсуі үшін жеткілікті тұрақты стратификацияны қамтамасыз етеді. Егер сульфаттандыруды қамтамасыз ету үшін сульфат жеткілікті болса, шөгіндіде түзілген сульфид күлгін күкірт бактериялары тығыз жасуша массаларын құра алатын аноксидті түбі суларына жоғары қарай диффузияланады.
Кластерлер
Күлгін күкірт бактерияларын да табуға болады және олар аралық микробтық агрегациялардың көрнекті компоненті болып табылады. Sippewissett микробтық кілемі сияқты кластерлер толқындар ағыны мен келетін тұщы суға байланысты динамикалық ортаға ие, нәтижесінде меромиктикалық көлдер сияқты қабатталған орталар пайда болады. Күлгін күкірт бактерияларының көбеюіолардың үстінде орналасқан микроорганизмдердің өлуіне және ыдырауына байланысты күкірт берілетіндіктен белсендіріледі. Күкірттің стратификациясы мен көзі PSB-ге агрегациялар пайда болатын осы толқындық бассейндерде өсуге мүмкіндік береді. PSB су айдындарындағы шөгінділерді байланыстыра алатын жасушадан тыс полимерлі заттардың секрециясы арқылы микробтық шөгіндіні тұрақтандыруға көмектеседі.
Экология
Күлгін күкірт бактериялары қоршаған ортаны өзгерту үшін метаболизмін пайдаланып, қоректік заттардың айналымын ынталандыру арқылы қоршаған ортаға әсер ете алады. Олар көміртекті бекіту арқылы көміртегі айналымына әсер ету арқылы бастапқы өндірісте маңызды рөл атқаруы мүмкін. Күлгін күкірт бактериялары да тіршілік ету ортасындағы фосфордың өндірілуіне ықпал етеді. Осы организмдердің тіршілік әрекеті арқылы көлдердің оксиді қабатындағы қоректік затты шектейтін фосфор қайта өңделеді және гетеротрофты бактерияларға пайдалану үшін беріледі. Бұл күлгін күкірт бактериялары тіршілік ету ортасының аноксидті қабатында табылғанымен, олар жоғарыда аталған оксид қабатын бейорганикалық қоректік заттармен қамтамасыз ету арқылы көптеген гетеротрофты организмдердің өсуін ынталандыра алатынын көрсетеді.
