кекер. Конспект лекций по спецкурсу Важнейшие группы прокариотических микроорганизмов
 Скачать 1.55 Mb.
|
|
Термоацидофильные микоплазмы представлены единственным видом Thermoplasma acidophilum. В отличие от других архебактерий, эти бактерии не имеют клеточной стенки. Клетки окружены трехслойной мембраной, толщиной около 7 нм, могут быть подвижными и обладать жгутиками. Термоплазмы – гетеротрофы со сложными пищевыми потребнос-тями. Хемоорганотрофы, факультативные анаэробы. Энергию получают как за счет аэробного дыхания, так и за счет брожения. Облигатные термофилы и облигатные ацидофилы. Температурный оптимум культивирования соответствует 60 ºС, а оптимум рН лежит в пределах 1,0–2,0. При нейтральном рН происходит лизис клеток. Естественным местообитанием их служат саморазогревающиеся отходы каменного угля и кислые термальные источники. В группу экстремально галофильных бактерий входят бактерии с разной морфологией клеток. Например, к роду Halococcus относятся грамвариабельные неподвижные кокки, к роду Halobacterium – грамположительные подвижные палочки с полярно расположенными жгутиками. Грамположительные бактерии рода Haloarcula имеют форму плоских квадратных пластинок и коробочковидных клеток. Галобактерии распространены там, где есть подходящие для этого условия: высокое содержание NaCl и других необходимых ионов, т. е. в природных соленых водоемах, в бассейнах для выпаривания соли, в белковых материалах, консервируемых с помощью соли (рыба, мясо, шкуры). Они могут расти в насыщенном растворе NaCl (около 30 %). Нижний предел концентрации соли для роста большинства видов составляет 12–15 %; оптимальное содержание – между 20 и 26 %. Высоки потребности галобактерий и в других ионах – ионах Mg 2+ и K + . Установлено, что ионы Na + необходимы для поддержания клеточной стабильности. Они взаимодействуют с отрицательно заряженными молекулами клеточной стенки галобактерий и придают ей необходимую жесткость. Ионы К + (наряду с другими ионами) необходимы для поддержания ионного равновесия внутри и снаружи клетки, стабилизации ферментов, мембран и других клеточных структур. 129 Необычное строение имеют клеточные стенки галобактерий. У представителей рода Halobacterium клеточная стенка построена из регулярно расположенных гексагональных субъединиц, состоящих в основном из гликопротеинов. Клеточная стенка галобактерий рода Halococcus имеет гетерополисахаридную природу. Цитоплазматическая мембрана галобактерий содержит липиды, в молекулах которых глицерин связан не с остатками жирных кислот, а с С 20 - терпеноидным спиртом – фитанолом. Помимо уникальных липидов, клеточные мембраны экстремальных галофилов включают много каротиноидных пигментов (основной – бактериоруберин), которые обусловливают окраску колоний от розового до красного цвета. Это имеет для галофилов немаловажное значение как средство защиты против избыточной радиации, поскольку для их мест обитания характерна интенсивная освещенность. При недостатке в среде молекулярного кислорода в цитоплазматической мембране галобактерий индуцируется синтез хромопротеина – бактериородопсина, белка, соединенного ковалентной связью с каротиноидом ретиналем: H 3 C CH 3 CH 3 CH 3 CH 3 Хромопротеин откладывается в виде отдельных пурпурных областей (бляшек) красного цвета на цитоплазматической мембране. Цвет бляшек обусловлен высоким содержанием каротиноидов. При выращивании клеток на свету в условиях недостатка О 2 пурпурные участки могут составлять до 50 % поверхности мембраны. В них содержатся 20 – 25 % липидов и только один белок – бактериородопсин. Экстремальные галофилы имеют сложные пищевые потребности. Для роста большинства видов в состав сред должны входить дрожжевой экстракт, пептон, гидролизат казеина, набор витаминов. Основным источником энергии и углерода служат аминокислоты и углеводы. Метаболизм глюкозы осуществляется по модифицированному пути Энтнера – Дудорова (рис. 107). Этот путь отличается у галобактерий тем, что глюкоза без фосфорилирования окисляется в глюконовую кислоту. Последняя превращается в 2-кето-3- дезоксиглюконовую кислоту, которая расщепляется на два С 3 -фрагмента: пировиноградную кислоту и глицериновый альдегид. Из глицеринового 130 альдегида в результате нескольких ферментативных реакций также образуется пировиноградная кислота. Дальнейшее ее окисление происходит в замкнутом цикле Кребса. Рис. 104. Схема модифицированного пути Энтнера-Дудорова Рис. 107. Схема модифицированного пути Энтнера – Дудорова Основной способ получения энергии экстремальными галофилами – аэробное дыхание. В цитоплазматической мембране обнаружены цитохромы b и c, а также цитохромоксидаза о. В анаэробных условиях в темноте источником энергии может служить анаэробное дыхание с использованием NO − 3 в качестве конечного акцептора электронов, а также процесс сбраживания аргинина и цитруллина. Свет служит дополнительным источником энергии, аппарат для использования которого подключается при недостатке О 2 Использование световой энергии для создания трансмембранного градиента протонов происходит с участием бактериородопсина и не связано с переносом электронов по цепи переносчиков. Этот хромопротеин имеет молекулярную массу 26 кД и содержит полипептидную цепь, построенную из 248 аминокислотных остатков и на 75 % состоящую из α-спиральных участков. Последние образуют семь тяжей, ориентированных перпендикулярно плоскости мембраны. Ретиналь расположен параллельно плоскости мембраны и, следовательно, перпендикулярно белковым тяжам (рис. 108). Связь между ретиналем и полипептидной цепью осуществляется через Шиффово основание, образованное в результате взаимодействия альдегидной группы ретиналя с ε-аминогруппой 216 остатка лизина: Глюконовая Пировиноградная Глюкоза кислота 2-Кето-3-дезоксиглюконовая кислота кислота НАДФ + НАДФ · Н 2 Н 2 О Глицериновый альдегид Глицериновая 2-Фосфоглицериновая Фосфоенолпировино- кислота кислота градная кислота НАДФ + НАДФ · Н 2 АТФ АДФ АДФ АТФ Пировиноградная кислота 131 R′–NH 2 + O = CH–R′′ R′ –N=CH–R′′ + H 2 O Лизин Ретиналь Шиффово основание Рис. 108 . Организация бактериородопсина в пурпурной мембране (из http://courses.cm.utexas.edu/jrobertus/ch339k/overheads-2.htm) Шиффово основание в темноте находится в протонированной форме. Поглощение кванта света бактериородопсином вызывает изменение конформации ретиналя и приводит к отщеплению Н + от Шиффова основания: Протон, отделившийся на свету от Шиффова основания, переходит во внеклеточное пространство, а Н + , протонирующий Шиффово основание, поглощается из цитоплазмы. Таким образом, под действием света бактериородопсин «перебрасывает» протоны с одной стороны мембраны на другую. В результате работы циклического механизма, получившего название бактериородопсиновой протонной помпы, при освещении по разные стороны мембраны возникает градиент концентрации Н + , достигающий 200 мВ (рис. 109). Разрядка протонного градиента с помощью Н + -АТФ-синтазы H + R′ – N = CH – R′′ R′ – N = CH – R + H + В темноте На свету COO – NH + 3 Полипептидная цепь Ретиналь Фосфолипид 132 приводит к синтезу АТФ. Таким образом, бактериородопсин – простейший из известных генераторов протонного градиента. Рис. 109. Схема работы бактериородопсиновой протонной помпы: (из http://www.steve.gb.com/science/membranes.html) Вопрос о происхождении бесхлорофилльного фотосинтеза, обнаруженного у экстремально галофильных архебактерий, неясен. Большинство исследователей считают, что этот тип фотосинтеза – сформированное в «кислородную эпоху» приспособление к существованию в условиях недостатка О 2 . В то же время нельзя полностью исключить возможность сохранения древней формы фотосинтеза, основанного на светозависимых превращениях каротиноидных пигментов. Свет Бактериородопсиновая протонная помпа Н + Н + Н + Н + Н + Н + -АТФ-синтаза Цитоплазматическая мембрана Н + АТФ АДФ |