Ce este bacteria violet? Aceste microorganisme sunt pigmentate cu bacterioclorofilă a sau b împreună cu diverși carotenoizi care le conferă culori variind de la violet, roșu, maro și portocaliu. Acesta este un grup destul de divers. Ele pot fi împărțite în două grupe: bacterii cu sulf violet și bacterii purpurie simple (Rhodospirillaceae). Lucrarea Frontiers in Energy Research din 2018 a propus utilizarea lor ca bioresurse.
Biologie
Bacteriile violete sunt în mare parte fotoautotrofe, dar sunt cunoscute și speciile chimioautotrofe și fotoheterotrope. Pot fi mixotrofe capabile de respirație și fermentație aerobă.
Fotosinteza bacteriilor violete are loc în centrele de reacție de pe membrana celulară, unde pigmenții fotosintetici (de exemplu, bacterioclorofila, carotenoizii) și proteinele care leagă pigmentul sunt introduse în invaginare pentru a forma vezicule, tubuli sau lamelare o singură pereche sau stivuite. cearșafuri. Aceasta se numește membrana intracitoplasmatică (ICM), care are o suprafață mărităsuprafață pentru a maximiza absorbția luminii.
Fizică și chimie
Bacterii violet folosesc transferul ciclic de electroni cauzat de o serie de reacții redox. Complexele de recoltare a luminii din jurul centrului de reacție (RC) colectează fotoni sub formă de energie rezonantă, captând pigmenții de clorofilă P870 sau P960 localizați în RC. Electronii excitați circulă de la P870 la chinone QA și QB, apoi trec la citocromul bc1, citocromul c2 și înapoi la P870. QB de chinonă redusă atrage doi protoni citoplasmatici și devine QH2, în cele din urmă fiind oxidat și eliberând protoni pentru a fi pompați în periplasmă de către complexul citocrom bc1. Împărțirea sarcinii care rezultă între citoplasmă și periplasmă creează o forță motrice a protonilor utilizată de ATP sintaza pentru a genera energie ATP.
Bacterii violet transferă, de asemenea, electroni de la donatorii externi direct în citocromul bc1 pentru a genera NADH sau NADPH utilizate pentru anabolism. Sunt monocristale deoarece nu folosesc apa ca donor de electroni pentru a produce oxigen. Un tip de bacterii violete, numite bacterii cu sulf violet (PSB), utilizează sulfura sau sulful ca donatori de electroni. Un alt tip, numit bacterii purpurie fără sulf, utilizează de obicei hidrogenul ca donor de electroni, dar poate folosi și sulfuri sau compuși organici la concentrații mai mici în comparație cu PSB.
Bacterii violetenu există destui purtători de electroni externi pentru a reduce spontan NAD(P)+ la NAD(P)H, așa că trebuie să-și folosească chinonele reduse pentru a reduce NAD(P)+ în mod enanghorous. Acest proces este condus de forța motrice a protonului și se numește flux invers de electroni.
Sulf în loc de oxigen
Bacterii violete fără sulf au fost primele bacterii care au fost descoperite care au fotosinteză fără oxigen ca produs secundar. În schimb, produsul lor secundar este sulful. Acest lucru a fost dovedit atunci când au fost stabilite pentru prima dată reacțiile bacteriilor la diferite concentrații de oxigen. S-a descoperit că bacteriile se îndepărtează rapid de cea mai mică urmă de oxigen. Apoi au făcut un experiment în care au folosit un vas de bacterii, iar lumina a fost concentrată pe o parte a acesteia, iar ceal altă a fost lăsată în întuneric. Deoarece bacteriile nu pot supraviețui fără lumină, ele se deplasează în cercul de lumină. Dacă produsul secundar al vieții lor ar fi oxigenul, distanțele dintre indivizi ar deveni mai mari pe măsură ce cantitatea de oxigen crește. Dar datorită comportamentului bacteriilor violet și verzi în lumina focalizată, s-a ajuns la concluzia că produsul secundar al fotosintezei bacteriene nu poate fi oxigenul.
Cercetătorii au sugerat că unele bacterii violete de astăzi sunt asociate cu mitocondriile, bacterii simbiotice din celulele vegetale și animale care acționează ca organite. Comparația structurii lor proteice arată că există un strămoș comun al acestor structuri. Bacteriile verde violet și heliobacteriile au, de asemenea, o structură similară.
Bacterii cu sulf (bacteriile cu sulf)
Bacterii cu sulf violet (PSB) fac parte din grupul Proteobacterii capabil de fotosinteză, denumit în mod colectiv bacterii violete. Ele sunt anaerobe sau microaerofile și se găsesc adesea în medii acvatice stratificate, inclusiv izvoare termale, bazine stagnante și agregări microbiene în zonele cu ape mari. Spre deosebire de plante, alge și cianobacterii, bacteriile cu sulf violet nu folosesc apa ca agent reducător și, prin urmare, nu produc oxigen. În schimb, ei pot folosi sulf sub formă de sulfură sau tiosulfat (și unele specii pot folosi și H2, Fe2+ sau NO2-) ca donor de electroni în căile lor de fotosinteză. Sulful este oxidat pentru a produce granule de sulf elementar. Acesta, la rândul său, poate fi oxidat pentru a forma acid sulfuric.
Clasificare
Grupul de bacterii violet este împărțit în două familii: Chromatiaceae și Ectothiorhodospiraceae, care produc granule interne și, respectiv, externe și prezintă diferențe în structura membranelor lor interne. Ele fac parte din ordinul Chromatiales, incluse în diviziunea gama Proteobacteria. Genul Halothiobacillus este, de asemenea, inclus în Chromatiales în propria familie, dar nu este fotosintetic.
Habitats
Bacterii cu sulf violet se găsesc de obicei în zonele anoxice iluminate ale lacurilor și ale altor habitate acvatice unde se acumulează hidrogen sulfurat,și, de asemenea, în „izvoarele sulfuroase” unde hidrogenul sulfurat produs geochimic sau biologic poate provoca înflorirea bacteriilor cu sulf violet. Fotosinteza necesită condiții anoxice; aceste bacterii nu se pot dezvolta în medii oxigenate.
Lacurile meromictice (stratificate permanent) sunt cele mai favorabile pentru dezvoltarea bacteriilor cu sulf violet. Se stratifică pentru că au apă mai densă (de obicei fiziologică) la fund și mai puțin densă (de obicei apă dulce) mai aproape de suprafață. Creșterea bacteriilor cu sulf violet este susținută și de stratificarea în lacurile holomictice. Ele sunt stratificate termic: în timpul primăverii și verii, apa de suprafață se încălzește, făcând apa superioară mai puțin densă decât cea inferioară, ceea ce asigură o stratificare destul de stabilă pentru creșterea bacteriilor cu sulf violet. Dacă este prezent suficient sulfat pentru a susține sulfatarea, sulfura formată în sediment difuzează în sus în apele anoxice de fund, unde bacteriile cu sulf violet pot forma mase celulare dense.
Clustere
Bacteriile cu sulf violet pot fi găsite și sunt o componentă proeminentă în agregările microbiene intermediare. Clusterele precum covorul microbian Sippewissett au un mediu dinamic datorită fluxului de maree și a apei proaspete care intră, rezultând medii stratificate similar cu lacurile meromictice. Creșterea bacteriilor cu sulf violetse activează pe măsură ce se furnizează sulf din cauza morții și descompunerii microorganismelor situate deasupra acestora. Stratificarea și sursa de sulf permite PSB să crească în aceste bazine de maree, unde apar agregarea. PSB poate ajuta la stabilizarea sedimentelor microbiene prin secreția de substanțe polimerice extracelulare care pot lega sedimentele din bazinele hidrografice.
Ecologie
Bacterii cu sulf violet sunt capabile să influențeze mediul prin promovarea ciclului nutrienților, folosindu-și metabolismul pentru a schimba mediul. Ele pot juca un rol semnificativ în producția primară prin influențarea ciclului carbonului prin fixarea carbonului. Bacteriile cu sulf violet contribuie, de asemenea, la producerea de fosfor în habitatul lor. Prin activitatea vitală a acestor organisme, fosforul, care limitează nutrienții din stratul oxic al lacurilor, este reciclat și furnizat bacteriilor heterotrofe pentru utilizare. Acest lucru indică faptul că, deși bacteriile cu sulf violet se găsesc în stratul anoxic al habitatului lor, ele sunt capabile să stimuleze creșterea multor organisme heterotrofe prin furnizarea de nutrienți anorganici stratului de oxid menționat mai sus.
