Фиолетовые бактерии - Purple bacteria

Фиолетовые бактерии, выросшие в Виноградский столбец

Фиолетовые бактерии или же фиолетовые фотосинтезирующие бактерии находятся протеобактерии которые фототрофный, то есть способны производить свою еду за счет фотосинтез.[1] Они пигментированы бактериохлорофилл а или же бвместе с различными каротиноиды, которые придают им цвет от фиолетового, красного, коричневого и оранжевого. Их можно разделить на две группы - фиолетовые серные бактерии (Chromatiales, частично) и фиолетовые несерные бактерии (Rhodospirillaceae ).

Метаболизм

Пурпурные бактерии в основном фотоавтотрофный, но также известны хемоавтотрофный и фотогетеротрофный. Они могут быть миксотрофы, способен аэробного дыхания и ферментация.[2]

Место расположения

Фотосинтез происходит в реакционных центрах на клеточная мембрана, где фотосинтетические пигменты (т.е. бактериохлорофилл, каротиноиды ), а белки, связывающие пигмент, инвагинируются с образованием везикул мешочки трубочки, или однопарно или сложено пластинчатый листы.[3][4] Это называется интрацитоплазматической мембраной (ICM), которая имеет увеличенную площадь поверхности для максимального поглощения света.

Пурпурная несерная бактерия Родоспириллы

Механизм

Фиолетовые бактерии используют цикличность электронный транспорт управляемый серией редокс реакции.[5] Светоуборочные комплексы окружающий центр реакции (RC) собирают фотоны в виде резонансной энергии, возбуждая хлорофилл пигменты P870 или P960, расположенные в RC. Возбужденные электроны циклически меняются от P870 до хиноны QА и QB, затем перешел к цитохром bc1, цитохром с2 и обратно к P870. Восстановленный хинон QB притягивает два цитоплазматических протона и становится QH2, в конечном итоге окисляясь и высвобождая протоны, которые будут закачиваться в периплазма цитохромом bc1 сложный.[4][6] В результате разделение зарядов между цитоплазмой и периплазмой создает движущая сила протона использован АТФ-синтаза производить АТФ энергия.[7][8]

Доноры электронов для анаболизма

Фиолетовые бактерии также переносят электроны от внешних доноры электронов непосредственно к цитохрому bc1 чтобы генерировать НАДН или же НАДФН используется для анаболизм.[9] Они есть аноксигенный потому что они не используют воду в качестве донора электронов для производства кислорода. Один тип пурпурных бактерий, называемыйфиолетовые серные бактерии (PSB) используйте сульфид или же сера как доноры электронов.[10] Другой тип, называемый пурпурными несерными бактериями, обычно используетводород в качестве донора электронов, но также может использовать сульфид или же органические соединения в более низких концентрациях по сравнению с ПСБ.

У пурпурных бактерий отсутствуют внешние переносчики электронов, чтобы спонтанно восстанавливать НАД (Ф)+ в NAD (P) H, поэтому они должны использовать свои восстановленные хиноны для эндергонически уменьшить НАД (P)+. Этот процесс движется движущая сила протона и называется обратный поток электронов.[9]

История

Пурпурные бактерии были первыми обнаруженными бактериями[когда? ] для фотосинтеза без побочного продукта кислорода. Вместо этого их побочным продуктом является сера. Это было продемонстрировано путем определения реакции бактерий на различные концентрации кислорода. Было обнаружено, что бактерии быстро удаляются даже от малейшего следа кислорода. Затем отбирали чашку с бактериями, и на одну часть чашки фокусировали свет, оставляя остальную темной. Поскольку бактерии не могут выжить без света, все бактерии переместились в круг света, и стало очень тесно. Если бы побочным продуктом бактерий был кислород, расстояния между людьми становились бы все больше и больше по мере производства большего количества кислорода. Но из-за поведения бактерий в сфокусированном свете был сделан вывод, что побочным продуктом фотосинтеза бактерий не может быть кислород.[нужна цитата ]

В 2018 году Границы энергетических исследований [де ] статье было высказано предположение, что пурпурные бактерии могут использоваться в качестве биоперерабатывающий завод.[11][12]

Эволюция

Исследователи предположили, что некоторые пурпурные бактерии связаны с митохондрии, симбиотические бактерии в современных клетках растений и животных, которые действуют как органеллы. Сравнение их белковой структуры позволяет предположить, что есть общий предок.[13]

Таксономия

Пурпурные несернистые бактерии встречаются среди альфа и бета подгруппы, в том числе:

Фиолетовый сера бактерии входят в гамма-подгруппа и оформить заказ Chromatiales. Сходство фотосинтетических механизмов в этих различных линиях указывает на то, что они имели общее происхождение, либо от какого-то общего предка, либо передавались через боковой перенос.

Рекомендации

  1. ^ Брайант Д.А., Н.-У. Frigaard (ноябрь 2006 г.). «Прокариотический фотосинтез и фототрофия в свете». Тенденции Microbiol. 14 (11): 488–96. Дои:10.1016 / j.tim.2006.09.001. PMID  16997562.
  2. ^ Цыганков А.А.; Хуснутдинова А.Н. (январь 2015). «Водород в метаболизме пурпурных бактерий и перспективы практического применения». Микробиология. 84 (1): 1–22. Дои:10.1134 / S0026261715010154.
  3. ^ «Структура, функция и формирование бактериальных внутрицитоплазматических мембран». ResearchGate. Получено 2017-10-08.
  4. ^ а б Аластер Дж. Макьюэн (март 1994 г.). «Фотосинтетический транспорт электронов и анаэробный метаболизм у пурпурных несернистых фототрофных бактерий». Антони ван Левенгук. 66 (1–3): 151–164. Дои:10.1007 / BF00871637. PMID  7747929.
  5. ^ Кламт, Штеффен; Граммель, Хартмут; Штраубе, Ронни; Гош, Робин; Жиль, Эрнст Дитер (15 января 2008 г.). «Моделирование цепи переноса электронов пурпурных несерных бактерий». Молекулярная системная биология. 4: 156. Дои:10.1038 / msb4100191. ISSN  1744-4292. ЧВК  2238716. PMID  18197174.
  6. ^ Когделл, Ричард Дж; Галл, Андрей; Келер, Юрген (август 2006 г.). «Архитектура и функции светособирающего аппарата пурпурных бактерий: от одиночных молекул до вивомембран». Ежеквартальные обзоры биофизики. 39 (3): 227–324. Дои:10.1017 / S0033583506004434. PMID  17038210. Получено 8 октября 2017.
  7. ^ Э., Бланкеншип, Роберт (2002). Молекулярные механизмы фотосинтеза. Оксфорд: Blackwell Science. ISBN  9780632043217. OCLC  49273347.
  8. ^ Ху, Сичэ; Дамьянович, Ана; Ритц, Торстен; Шультен, Клаус (1998-05-26). «Архитектура и механизм светособирающего аппарата пурпурных бактерий». Труды Национальной академии наук. 95 (11): 5935–5941. Bibcode:1998PNAS ... 95.5935H. Дои:10.1073 / пнас.95.11.5935. ISSN  0027-8424. ЧВК  34498. PMID  9600895.
  9. ^ а б «Архитектура и функции светособирающего аппарата пурпурных бактерий: от отдельных молекул до мембран in vivo». ProQuest. Получено 2017-10-08.
  10. ^ Башак, Нитай; Дас, Дебабрата (01.01.2007). "Перспектива использования пурпурных несодержащих серы (PNS) фотосинтетических бактерий для производства водорода: современное состояние". Всемирный журнал микробиологии и биотехнологии. 23 (1): 31–42. Дои:10.1007 / s11274-006-9190-9. ISSN  0959-3993.
  11. ^ «Аккумуляторы пурпурных бактерий превращают сточные воды в чистую энергию». Science Daily. 13 ноября 2018 г.. Получено 14 ноября, 2018.
  12. ^ Иоанна А. Василиаду и др. (13 ноября 2018 г.). «Биологические и биоэлектрохимические системы для производства водорода и фиксации углерода с использованием пурпурных фототрофных бактерий». Границы энергетических исследований. 6. Дои:10.3389 / fenrg.2018.00107.CS1 maint: использует параметр авторов (связь)
  13. ^ Bui, E.T .; Брэдли, П. Дж .; Джонсон, П. Дж. (3 сентября 1996 г.). «Общее эволюционное происхождение митохондрий и гидрогеносом». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 93 (18): 9651–9656. Bibcode:1996PNAS ... 93.9651B. Дои:10.1073 / пнас.93.18.9651. ЧВК  38483. PMID  8790385.