Цвет бактерий, грамположительные и грамотрицательные бактерии

Пурпурные бактерии — Purple bacteria

Пурпурные бактерии или пурпурные фотосинтезирующие бактерии — это протеобактерии , которые фототрофны , то есть способны производить свою собственную пищу посредством фотосинтеза . Они пигментированы бактериохлорофиллами a или b вместе с различными каротиноидами , которые придают им цвет от фиолетового, красного, коричневого и оранжевого. Их можно разделить на две группы — пурпурные серные бактерии ( частично Chromatiales ) и пурпурные несерные бактерии ( Rhodospirillaceae ). В течение 2018 года Frontiers в энергетических исследованиях [ де ] бумага, было высказано предположение , пурпурные бактерии можно использовать в качестве биохимического .

Содержание

  • 1 Метаболизм
    • 1.1 Расположение
    • 1.2 Механизм
    • 1.3 Доноры электронов для анаболизма
  • 2 История
  • 3 Эволюция
  • 4 Таксономия
  • 5 Ссылки

Метаболизм

Пурпурные бактерии в основном фотоавтотрофны , но также известны хемоавтотрофы и фотогетеротрофы . Это могут быть миксотрофы , способные к аэробному дыханию и ферментации .

Расположение

Фотосинтез происходит в реакционных центрах на клеточной мембране , где фотосинтетические пигменты (например, бактериохлорофилл , каротиноиды ) и связывающие пигменты белки инвагинируются с образованием мешочков везикул , канальцев или одинарных или уложенных друг на друга пластинчатых пластин. Это называется интрацитоплазматической мембраной (ICM), которая имеет увеличенную площадь поверхности для максимального поглощения света.

Механизм

Пурпурные бактерии используют циклический перенос электронов, управляемый серией окислительно-восстановительных реакций. Светособирающие комплексы, окружающие реакционный центр (RC), собирают фотоны в форме резонансной энергии, возбуждая пигменты хлорофилла P870 или P960, расположенные в RC. Возбужденные электроны циклически перемещаются от P870 к хинонам Q A и Q B , затем передаются цитохрому bc 1 , цитохрому c 2 и обратно к P870. Восстановленный хинон Q B притягивает два цитоплазматических протона и становится QH 2 , в конечном итоге окисляясь и высвобождая протоны, которые будут закачиваться в периплазму комплексом цитохрома bc 1 . В результате разделение зарядов между цитоплазмой и периплазмой генерирует движущую силу протона, используемую АТФ-синтазой для производства энергии АТФ .

Доноры электронов для анаболизма

Пурпурные бактерии также переносят электроны от внешних доноров электронов непосредственно на цитохром bc 1, чтобы генерировать НАДН или НАДФН, используемые для анаболизма . Они бескислородны, потому что не используют воду в качестве донора электронов для производства кислорода. Один тип пурпурных бактерий, называемых пурпурными серными бактериями (PSB), использует сульфид или серу в качестве доноров электронов. Другой тип, называемый пурпурными несерными бактериями, обычно использует водород в качестве донора электронов, но также может использовать сульфиды или органические соединения в более низких концентрациях по сравнению с PSB.

У пурпурных бактерий отсутствуют внешние переносчики электронов, чтобы спонтанно восстанавливать НАД (Ф) + до НАД (Ф) Н, поэтому они должны использовать восстановленные хиноны для эндергонического восстановления НАД (Ф) +. Этот процесс запускается движущей силой протона и называется обратным потоком электронов .

Читайте также:  Инфекции, передающиеся половым путем; буз во; вокквд

История

Пурпурные бактерии были первыми бактериями, способными фотосинтезировать без кислородного побочного продукта. Вместо этого их побочным продуктом является сера. Это было продемонстрировано первым путем установления реакций бактерий на различные концентрации кислорода. Было обнаружено, что бактерии быстро удалялись даже от малейшего следа кислорода. Затем брали чашку с бактериями, и свет фокусировали на одной части чашки, 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.

Эволюция

Исследователи предположили, что некоторые пурпурные бактерии связаны с митохондриями , симбиотическими бактериями в клетках растений и животных, которые сегодня действуют как органеллы. Сравнение их белковой структуры позволяет предположить, что у них был общий предок.

Таксономия

Пурпурные несерные бактерии встречаются среди альфа и бета подгрупп, в том числе:

Родоспириллы
Rhodospirillaceae например Rhodospirillum
Acetobacteraceae например Родопила
Ризобиальные
Bradyrhizobiaceae например, Rhodopseudomonas palustris
Hyphomicrobiaceae например, родомикробий
Rhodobiaceae например, родобий
Другие семьи
Rhodobacteraceae например Rhodobacter
Rhodocyclaceae например, Rhodocyclus
Comamonadaceae например Rhodoferax

Пурпурные серные бактерии входят в подгруппу гамма и составляют отряд Chromatiales . Сходство фотосинтетических механизмов в этих разных линиях указывает на то, что они имели общее происхождение, либо от какого-то общего предка, либо передавались латеральным путем.

Бактериальные ферменты сделали красное мясо безопасным

North Carolina Museum of Art

Ученые обнаружили фермент, который может делать красное мясо безопасным для человека. Бактерии из типа Bacteroidetes синтезируют фермент сиалидазу, который высвобождает из мяса N-гликолилнейраминовую кислоту — простой сахар, ответственный за повышенный риск раковых заболеваний, связанный с употреблением в пищу красного мяса — говядины, свинины и баранины. После высвобождения сахар метаболизируется бактериями или выводится из организма. Исследование описано в журнале Nature Microbiology.

Всемирная организация здравоохранения классифицирует продукцию из красного мяса как канцерогенную для человека. Употребление в пищу баранины, говядины, свинины и других видов красного мяса, а также продуктов, изготовленных из него, связано с повышенным риском возникновения некоторых видов рака, например, колоректального.

Мясо делает опасным содержащийся в нем моносахарид N-гликолилнейраминовая кислота (Neu5Gc). В ходе эволюции человек утратил способность синтезировать этот сахар сам и получает его только при употреблении животной пищи, хотя некоторые другие человекообразные приматы сохранили эту способность.

Neu5Gc представляет проблему потому, что может связываться с человеческими сахарами и становиться частью клеток. Иммунная система же распознает его как чужой, из-за чего начинается воспалительный процесс, который, по-видимому, и повышает риск развития рака. Тем не менее, в кишечнике живут бактерии, которые умеют с помощью ферментов сиалидаз высвобождать сиаловые кислоты, к которым относится и Neu5Gc, и поглощать их. Прежде были известны только сиалидазы, которые активны в отношении N-ацетилнейраминовой кислоты, похожей на Neu5Gc, а вот происходит ли утилизация в кишечнике опасной N-гликолилнейраминовой кислоты, было неизвестно.

Читайте также:  Плоскостопие причины, симптомы, лечение

Карстен Зенглер (Karsten Zengler) из Калифорнийского университета в Сан-Диего и его коллеги провели исследование, чтобы найти бактериальные ферменты, способные высвобождать Neu5Gc. В таком состоянии это вещество уже не опасно для человека: его либо метаболизируют микробы, либо оно просто выходит с калом.

Чтобы найти фермент, ученые провели опыт на мышах, которых разделили на три группы. Одну группу держали на диете со свиным муцином, богатым Neu5Gc, другую — на диете с содержанием неопасной для человека N-ацетилнейраминовой кислоты, которая содержится в птичьем мясе, а третья питалась соей, в которой нет этих сахаров.

Авторы работы расшифровали метагеном микробиоты животных из всех трех групп и обнаружили разницу между составом микробов, который зависел от диеты. У мышей, которые ели богатую Neu5Gc пищу, активнее всех развивались бактерии типа Bacteroidetes, например B. fragilis, B. cacae и B. thetaiotaomicron. Оказалось, что эти микробы располагали 21 геном различных сиалидаз, и среди них был ген фермента сиалидазы 26, который синтезировался в кишечнике мышей из группы, потребляющей свиное мясо, больше остальных. Анализ структуры сиалидазы 26 показал, что этот фермент может связываться с Neu5Gc.

Далее ученые изучили результаты расшифровки метагенома из кишечника людей. Они использовали данные о микробиоте членов африканского племени хадза. Хадза интересны тем, что их диета очень меняется в зависимости от времени года: в сухой сезон они едят мясо и клубни, а во влажный питаются медом и ягодами. Ученые обнаружили среди ферментов, которые синтезирует их микробиота в сухой сезон фермент сиалидазу Hz136, очень похожий на сиалидазу 26 и так же способный связываться с Neu5Gc.

После этого ученые проверили активность обеих сиалидаз в мясе — стейке и свиных сосисках. Оказалось, что ферменты действительно высвобождают Neu5Gc из мяса, а значит, в кишечнике этот сахар мог бы стать доступным для бактерий или просто покинуть организм естественным путем.

Авторы исследования считают, что найденные ими ферменты можно использовать для создания препаратов-пребиотиков, которые могли бы помочь людям, употребляющим красное мясо, избежать повышенного риска развития рака.

Об опасности красного мяса мы уже писали: ученые, исследовав 96 тысяч адвентистов седьмого дня, пришли к выводу, что даже 50 граммов мяса в день увеличивают риск преждевременной смерти от всех причин.

Как зарождалась жизнь: Земля эпохи вулканов и бактерий

Вместе с палеонтологом и автором книги «Древние чудовища России» Антоном Нелиховым мы продолжаем изучать раннюю историю Земли: что происходило в загадочную Карельскую эру, смог бы человек выжить среди равнин и вулканов и как появились микробы, давшие начало нашему роду?

Во времена карельской эры почти всю Землю покрывал неглубокий, страшно соленый и кислый океан. В нем были растворены все современные залежи солей, в том числе громадные соляные толщи Пермского края, Астраханской и Оренбургской областей. Древний океан напоминал современное Мертвое море. Из-за мощного притяжения Луны по нему ходили плотные тяжелые волны.

Читайте также:  Симфизит у беременных! Что делать Как рожать

Постепенно из воды начали подниматься материки. На них не было ни почвы, ни рек — только вулканы, темные базальтовые плато и красные «марсианские» равнины. Клубились оранжевые туманы, накрапывали кислотные дожди, превращая камни в глину. Ветер сдувал в моря черные облака пыли.

Света было мало: Солнце еще не разгорелось и светило тусклым красным цветом. Если сейчас оно вернется в такое же состояние, то Земля быстро покроется льдом. В ранние эпохи планету от этого спасала атмосфера с обилием углекислого газа: он обеспечивал парниковый эффект и утеплял Землю.

Единственными обитателями планеты были бактерии. Они питались серой, азотом, метаном, некоторые научились использовать энергию Солнца. Это был самый мирный этап развития Земли — никто ни на кого не охотился, никто никого не ел.

Главную роль в истории Земли сыграли цианобактерии. Они жили колониями в морях и долгие годы строили каменные постройки — строматолиты. Цианобактерии жили наверху строматолита и напоминали обычную слизь. Под собой они цементировали частички песка и мути, чтобы не мешали.

С годами строматолит становился все больше и больше. До нас дошли и маленькие, как пшено, строматолиты со смешным названием «министроматолиты», и огромные — в сто метров высотой. Строматолиты росли группами, некоторые скопления напоминали булыжные мостовые, другие поднимались со дна, словно лес или столбы.

Цианобактерии использовали энергию солнечного света, как растения, и в качестве отходов выделяли кислород. Он попадал в воду и вступал в химическую реакцию с растворенным железом. Оно выпадало в осадок, и в морях шел «железный снегопад»: частицы окисленного металла медленно опускались на дно. Так возникли рудные месторождения. Все наши гвозди, вилки, танки и ракеты появились благодаря «дыханию» цианобактерий.

Но два миллиарда лет назад свободное железо в морях закончилось, кислород начал поступать в атмосферу и случилась кислородная революция — самая большая экологическая катастрофа в истории Земли. Кислород — ядовитый и энергичный газ. Он ускорил эволюцию. Вскоре появились новые микробы — крупные эукариоты: они дали начало многоклеточным организмам. От них идет родословная волков, пионов, малины, гусей, опят, улиток, человека и всех остальных миллионов видов животных, растений и грибов.

О том, что происходило на Земле до появления жизни, читайте в предыдущем выпуске.

Ссылка на основную публикацию
Хронический фарингит у детей симптомы и лечение заболевания
J31.2 Хронический фарингит Фарингитом чаще болеют взрослые, а тонзиллитом — дети. Генетика и образ жизни значения не имеют. Фарингит и...
Хронический бронхит симптомы и лечение, какие препараты эффективны для взрослых, как вылечить заболе
Бронхит От последствий бронхита умирает столько же людей, сколько и от рака легкого. К этой болезни, которую многие считают простой...
Хронический гастрит Медицинский центр «Президент-Мед»
Первые признаки гастрита Гастрит – воспалительное заболевание желудка, получившее пугающую распространенность в последние десятилетия. Согласно статистике ВОЗ, гастритом в разных...
Хронический холецистит — Симптомы, лечение, препараты в Москве
Холецистит «ЮНИОН КЛИНИК» гарантирует полную конфиденциальность Вашего обращения. Ультразвуковое исследование желчного пузыря - 600 руб. УЗИ печени и желчного пузыря...
Adblock detector