Mis on lillad bakterid? Need mikroorganismid on pigmenteeritud bakterioklorofülli a või b-ga koos erinevate karotenoididega, mis annavad neile lilla, punase, pruuni ja oranži värvi. See on üsna mitmekesine rühm. Neid võib jagada kahte rühma: lillad väävlibakterid ja lihtlillabakterid (Rhodospirillaceae). 2018. aasta energiauuringute piirid käsitlevas dokumendis tehti ettepanek kasutada neid bioressurssidena.
Bioloogia
Purpursed bakterid on enamasti fotoautotroofsed, kuid teada on ka kemoautotroofseid ja fotoheterotroopseid liike. Need võivad olla mixotroofid, mis on võimelised aeroobseks hingamiseks ja fermentatsiooniks.
Purpursete bakterite fotosüntees toimub rakumembraani reaktsioonikeskustes, kus fotosünteesi pigmendid (st bakterioklorofüll, karotenoidid) ja pigmente siduvad valgud viiakse invaginatsiooni, moodustades spetsiifilisi vesiikuleid, torukesi või ühepaarilisi või virnastatud kihte. linad. Seda nimetatakse intratsütoplasmaatiliseks membraaniks (ICM), millel on laienenudpindala valguse neeldumise maksimeerimiseks.
Füüsika ja keemia
Lillad bakterid kasutavad tsüklilist elektronide ülekannet, mis on põhjustatud rea redoksreaktsioonidest. Reaktsioonikeskust (RC) ümbritsevad valguse kogumiskompleksid koguvad footoneid resonantsenergia kujul, püüdes kinni RC-s asuvad P870 või P960 klorofülli pigmendid. Ergastatud elektronid liiguvad P870-lt kinoonideni QA ja QB, seejärel lähevad tsütokroom bc1, tsütokroom c2 ja tagasi P870 juurde. Redutseeritud kinoon QB tõmbab ligi kaks tsütoplasmaatilist prootonit ja muutub QH2-ks, lõpuks oksüdeerudes ja vabastades prootoneid, mis pumbatakse periplasmasse tsütokroom bc1 kompleksi poolt. Sellest tulenev laengu jagamine tsütoplasma ja periplasma vahel loob prootoni liikumapaneva jõu, mida ATP süntaas kasutab ATP energia genereerimiseks.
Purpursed bakterid kannavad elektrone ka välistelt doonoritelt otse tsütokroomile bc1, et tekitada anabolismiks kasutatavat NADH-d või NADPH-d. Need on monokristallid, kuna nad ei kasuta hapniku tootmiseks elektronidoonorina vett. Üks purpursete bakterite tüüp, mida nimetatakse lilladeks väävlibakteriteks (PSB), kasutab elektronide doonorina sulfiidi või väävlit. Teine tüüp, mida nimetatakse lilladeks mitteväävlibakteriteks, kasutab tavaliselt elektronidoonorina vesinikku, kuid võib kasutada ka sulfiide või orgaanilisi ühendeid madalamates kontsentratsioonides kui PSB.
Violetsed bakteridNAD(P)+ spontaanseks redutseerimiseks NAD(P)H-ks ei ole piisav alt väliseid elektronikandjaid, mistõttu nad peavad kasutama oma redutseeritud kinoone NAD(P)+ enanghoorseks redutseerimiseks. Seda protsessi juhib prootoni liikumapanev jõud ja seda nimetatakse elektronide vastupidiseks vooluks.
Hapniku asemel väävel
Lillad mitteväävlibakterid olid esimesed bakterid, mille fotosüntees ilma kõrvalsaaduseta hapnikuta. Selle asemel on nende kõrvalproduktiks väävel. Seda tõestati, kui esmakordselt tehti kindlaks bakterite reaktsioonid erinevatele hapnikukontsentratsioonidele. On leitud, et bakterid eemalduvad kiiresti vähimastki hapnikujäljest. Seejärel tegid nad katse, kus nad kasutasid bakterite tassi ja valgus fokuseeriti selle ühele osale ja teine jäeti pimedasse. Kuna bakterid ei saa ilma valguseta ellu jääda, liiguvad nad valguse ringi. Kui nende elu kõrvalsaaduseks oleks hapnik, suureneksid inimestevahelised vahemaad hapniku hulga suurenedes. Kuid violetsete ja roheliste bakterite käitumise tõttu fokuseeritud valguses jõuti järeldusele, et bakteriaalse fotosünteesi kõrvalsaaduseks ei saa olla hapnik.
Teadlased on oletanud, et mõned lillad bakterid on tänapäeval seotud mitokondritega, sümbiootiliste bakteritega taime- ja loomarakkudes, mis toimivad organellidena. Nende valgu struktuuri võrdlus näitab, et neil struktuuridel on ühine esivanem. Lillarohelistel bakteritel ja heliobakteritel on samuti sarnane struktuur.
Väävlibakterid (väävlibakterid)
Lillad väävlibakterid (PSB) on osa fotosünteesivõimeliste proteobakterite rühmast, mida ühiselt nimetatakse lilladeks bakteriteks. Need on anaeroobsed või mikroaerofiilsed ning neid leidub sageli kihilises veekeskkonnas, sealhulgas kuumaveeallikates, seisvates basseinides ja mikroobide kogumites kõrgveepiirkondades. Erinev alt taimedest, vetikatest ja tsüanobakteritest ei kasuta lillad väävlibakterid redutseeriva ainena vett ega tooda seetõttu hapnikku. Selle asemel võivad nad kasutada väävlit sulfiidi või tiosulfaadi kujul (ja mõned liigid võivad kasutada ka H2, Fe2+ või NO2-) oma fotosünteesiradadel elektronidoonorina. Väävel oksüdeeritakse elementaarse väävli graanulite saamiseks. Seda saab omakorda oksüdeerida väävelhappeks.
Klassifikatsioon
Lillade bakterite rühm jaguneb kahte perekonda: Chromatiaceae ja Ectothiorhodospiraceae, mis toodavad vastav alt sisemisi ja väliseid väävligraanuleid ning näitavad erinevusi nende sisemembraanide struktuuris. Nad moodustavad osa seltsist Chromatiales, mis kuulub proteobakterite gamma divisjoni. Perekond Halothiobacillus kuulub ka oma perekonda Chromatiales, kuid see ei ole fotosünteetiline.
Elupaigad
Lillasid väävlibaktereid leidub tavaliselt järvede valgustatud anoksilistes tsoonides ja muudes vee-elupaikades, kuhu koguneb vesiniksulfiid,ja ka "väävliallikates", kus geokeemiliselt või bioloogiliselt toodetud vesiniksulfiid võib põhjustada lillade väävlibakterite õitsemist. Fotosüntees nõuab anoksilisi tingimusi; need bakterid ei saa hapnikurikkas keskkonnas areneda.
Meromiktilised (püsikihistunud) järved on purpursete väävlibakterite arenguks kõige soodsamad. Need kihistuvad, kuna nende põhjas on tihedam (tavaliselt füsioloogiline) vesi ja maapinnale lähemal on vähem tihe (tavaliselt magevesi). Purpursete väävlibakterite kasvu toetab ka kihistumine holomiktilistes järvedes. Need on termiliselt kihistunud: kevadel ja suvel pinnavesi soojeneb, muutes ülemise vee tihedamaks kui alumise, mis annab lilla väävlibakterite kasvuks üsna stabiilse kihistumise. Kui sulfaati on piisav alt sulfaati, hajub settes moodustunud sulfiid ülespoole anoksilisse põhjavette, kus purpursed väävlibakterid võivad moodustada tiheda rakumassi.
Kobarad
Leida võib ka purpurseid väävlibaktereid, mis on mikroobide vahepealsete agregatsioonide oluline komponent. Sellistel klastritel nagu Sippewissetti mikroobne vaip on loodete voolu ja sissetuleva magevee tõttu dünaamiline keskkond, mille tulemuseks on sarnaselt kihistunud keskkonnad nagu meromiktilised järved. Lillade väävlibakterite kasvaktiveerub väävli tarnimisel nende kohal paiknevate mikroorganismide surma ja lagunemise tõttu. Kihistus ja väävliallikas võimaldavad PSB-l kasvada nendes loodete basseinides, kus esineb agregatsioone. PSB võib aidata stabiliseerida mikroobset setet rakuväliste polümeersete ainete sekretsiooni kaudu, mis võivad vesikondades setet siduda.
Ökoloogia
Lillad väävlibakterid suudavad keskkonda mõjutada, soodustades toitainete ringlust, kasutades oma ainevahetust keskkonna muutmiseks. Need võivad mängida olulist rolli esmatootmises, mõjutades süsiniku tsüklit süsiniku sidumise kaudu. Lillad väävlibakterid aitavad kaasa ka nende elupaigas fosfori tootmisele. Nende organismide elulise aktiivsuse kaudu taaskasutatakse fosforit, mis piirab järvede hapnikukihis toitainete sisaldust, ja antakse heterotroofsetele bakteritele kasutamiseks. See näitab, et kuigi purpurseid väävlibaktereid leidub nende elupaiga anoksilises kihis, on nad võimelised stimuleerima paljude heterotroofsete organismide kasvu, varustades ülalnimetatud oksiidikihti anorgaaniliste toitainetega.
