מה זה חיידקים סגולים? מיקרואורגניזמים אלו הם בעלי פיגמנט של בקטריוכלורופיל a או b יחד עם קרוטנואידים שונים המעניקים להם צבעים הנעים בין סגול, אדום, חום וכתום. זו קבוצה די מגוונת. ניתן לחלק אותם לשתי קבוצות: חיידקי גופרית סגולים וחיידקים סגולים פשוטים (Rhodospirillaceae). המאמר של Frontiers in Energy Research לשנת 2018 הציע להשתמש בהם כמשאבים ביולוגיים.
ביולוגיה
חיידקים סגולים הם בעיקר פוטו-אוטוטרופיים, אך ידועים גם מינים כימואוטוטרופיים ופוטהטרוטרופיים. הם עשויים להיות מיקסוטרופים המסוגלים לנשימה ותסיסה אירובית.
פוטוסינתזה של חיידקים סגולים מתרחשת במרכזי תגובה על קרום התא, שבהם פיגמנטים פוטוסינתטיים (כלומר בקטריוכלורופיל, קרוטנואידים) וחלבונים קושרי פיגמנט מוכנסים לתוך האינוואגינציה ליצירת שלפוחיות ספציפיות, צינוריות, או צמדים בודדים או מוערמים. גיליונות. זה נקרא הממברנה התוך-ציטופלזמית (ICM), אשר יש לה גדלשטח פנים כדי למקסם את קליטת האור.
פיזיקה וכימיה
חיידקים סגולים משתמשים בהעברת אלקטרונים מחזורית הנגרמת על ידי סדרה של תגובות חיזור. מתחמי קצירת אור המקיפים את מרכז התגובה (RC) אוספים פוטונים בצורה של אנרגיה תהודה, לוכדים את פיגמנטי הכלורופיל P870 או P960 הממוקמים ב-RC. אלקטרונים נרגשים עוברים במחזוריות מ-P870 לקינונים QA ו-QB, ואז עוברים אל ציטוכרום bc1, ציטוכרום c2 וחזרה ל-P870. הקינון QB המופחת מושך שני פרוטונים ציטופלזמה והופך ל-QH2, בסופו של דבר מתחמצן ומשחרר פרוטונים שיישאבו לתוך הפריפלזמה על ידי קומפלקס הציטוכרום bc1. שיתוף המטען שנוצר בין הציטופלזמה והפריפלזמה יוצר כוח מניע פרוטונים המשמש את סינתאז ATP ליצירת אנרגיית ATP.
חיידקים סגולים גם מעבירים אלקטרונים מתורמים חיצוניים ישירות לציטוכרום bc1 כדי ליצור NADH או NADPH המשמשים לאנבוליזם. הם גבישים בודדים מכיוון שהם אינם משתמשים במים כתורם אלקטרונים לייצור חמצן. סוג אחד של חיידקים סגולים, הנקראים חיידקי גופרית סגולים (PSB), משתמש בסולפיד או גופרית כתורמי אלקטרונים. סוג אחר, הנקרא חיידקים סגולים שאינם גופרית, משתמש בדרך כלל במימן כתורם אלקטרונים, אך יכול להשתמש גם בסולפיד או בתרכובות אורגניות בריכוזים נמוכים יותר בהשוואה ל-PSB.
חיידקים סגוליםאין מספיק נשאי אלקטרונים חיצוניים כדי להפחית באופן ספונטני את NAD(P)+ ל-NAD(P)H, ולכן הם חייבים להשתמש בקינונים המופחתים שלהם כדי להפחית את NAD(P)+ בצורה נמרצת. תהליך זה מונע על ידי הכוח המניע של הפרוטון ונקרא זרימה הפוכה של אלקטרונים.
גופרית במקום חמצן
חיידקים סגולים שאינם גופרית היו החיידקים הראשונים שנמצאו עם פוטוסינתזה ללא חמצן כתוצר לוואי. במקום זאת, תוצר הלוואי שלהם הוא גופרית. זה הוכח כאשר התבססו לראשונה התגובות של חיידקים לריכוזים שונים של חמצן. נמצא כי חיידקים מתרחקים במהירות משאלת חמצן. אחר כך הם עשו ניסוי שבו השתמשו בצלחת של חיידקים, והאור התמקד בחלק אחד שלו, והשני נשאר בחושך. מכיוון שחיידקים אינם יכולים לשרוד ללא אור, הם עוברים למעגל האור. אם תוצר הלוואי של חייהם היה חמצן, המרחקים בין פרטים היו הולכים וגדלים ככל שכמות החמצן גדלה. אך בשל התנהגותם של חיידקים סגולים וירוקים באור ממוקד, התקבלה מסקנה שתוצר הלוואי של פוטוסינתזה חיידקית אינו יכול להיות חמצן.
חוקרים הציעו שכמה חיידקים סגולים כיום קשורים למיטוכונדריה, חיידקים סימביוטיים בתאי צמחים ובעלי חיים הפועלים כאברונים. השוואה של מבנה החלבון שלהם מראה שיש אב קדמון משותף למבנים אלו. גם לחיידקים ירוקים סגולים ולהליובקטריות יש מבנה דומה.
חיידקי גופרית (חיידקי גופרית)
חיידקי הגופרית הסגולים (PSB) הם חלק מקבוצת ה-Proteobacteria המסוגלת לבצע פוטוסינתזה, המכונה ביחד חיידקים סגולים. הם אנאירוביים או מיקרו-אירופילים ונמצאים לרוב בסביבות מימיות מרובדות, כולל מעיינות חמים, בריכות עומדות והצטברויות חיידקים באזורי מים גבוהים. בניגוד לצמחים, אצות וציאנובקטריה, חיידקי גופרית סגולה אינם משתמשים במים כחומר מפחית ולכן אינם מייצרים חמצן. במקום זאת, הם עשויים להשתמש בגופרית בצורה של גופרית או תיוסולפט (וחלק מהמינים עשויים להשתמש גם ב-H2, Fe2+ או NO2-) כתורם אלקטרונים במסלולי הפוטוסינתזה שלהם. גופרית מתחמצנת לייצור גרגירי גופרית אלמנטריים. זה, בתורו, יכול להתחמצן ליצירת חומצה גופרתית.
Classification
קבוצת החיידקים הסגולים מחולקת לשתי משפחות: Chromatiaceae ו- Ectothiorhodospiraceae, המייצרות גרגירי גופרית פנימיים וחיצוניים בהתאמה ומציגים הבדלים במבנה הקרומים הפנימיים שלהם. הם מהווים חלק מהסדר Chromatiales, הנכלל בחלוקת הגמא Proteobacteria. הסוג Halothiobacillus נכלל גם ב-Chromatiales במשפחתו שלו, אך הוא אינו פוטוסינתטי.
Habitats
חיידקי גופרית סגולים נמצאים בדרך כלל באזורים האנוקסיים המוארים של אגמים ובתי גידול מימיים אחרים שבהם מצטבר מימן גופרתי,וגם ב"מעיינות גופרית" שבהם מימן גופרתי המיוצר מבחינה גיאוכימית או ביולוגית עלול לגרום לפריחה של חיידקי גופרית סגולים. פוטוסינתזה דורשת תנאים אנוקסיים; חיידקים אלה אינם יכולים לשגשג בסביבות מחומצנות.
אגמים מרומיקטיים (שכבתיים לצמיתות) הם המועדפים ביותר לפיתוח חיידקי גופרית סגולים. הם מתרבדים כי יש להם מים צפופים יותר (בדרך כלל פיזיולוגיים) בתחתית ופחות צפופים (בדרך כלל מים מתוקים) קרוב יותר לפני השטח. צמיחתם של חיידקי גופרית סגולים נתמכת גם על ידי שכבות באגמים הולומיקטיים. הם מרובדים תרמית: במהלך האביב והקיץ, המים העיליים מתחממים, מה שהופך את המים העליונים לפחות צפופים מהתחתונים, מה שמספק ריבוד יציב למדי לצמיחת חיידקי גופרית סגולים. אם קיים מספיק סולפט כדי לתמוך בסולפטציה, הגופרית שנוצרת במשקעים מתפזרת כלפי מעלה למים תחתונים אנוקסיים, שם חיידקי גופרית סגולים יכולים ליצור מסות תאים צפופות.
Clusters
ניתן למצוא גם חיידקי גופרית סגולים והם מרכיב בולט בהצטברויות מיקרוביאליות ביניים. לאשכולות כגון השטיח המיקרוביאלי של Sippewissett יש סביבה דינמית עקב זרימת הגאות והשפל והמים המתוקים הנכנסים, וכתוצאה מכך סביבות מרובדות כמו אגמים מרומיטים. גידול של חיידקי גופרית סגוליםמופעל כאשר גופרית מסופקת עקב מוות ופירוק של מיקרואורגניזמים הממוקמים מעליהם. הריבוד ומקור הגופרית מאפשרים ל-PSB לגדול באגני הגאות והשפל שבהם מתרחשות הצטברויות. PSB יכול לסייע בייצוב משקעים מיקרוביאליים באמצעות הפרשת חומרים פולימריים חוץ-תאיים שיכולים לקשור משקעים בפערי מים.
אקולוגיה
חיידקי גופרית סגולים מסוגלים להשפיע על הסביבה על ידי קידום מחזוריות תזונה, תוך שימוש בחילוף החומרים שלהם כדי לשנות את הסביבה. הם עשויים למלא תפקיד משמעותי בייצור ראשוני על ידי השפעה על מחזור הפחמן באמצעות קיבוע פחמן. חיידקי גופרית סגולה תורמים גם הם לייצור זרחן בבית הגידול שלהם. באמצעות הפעילות החיונית של אורגניזמים אלו, זרחן, המגביל את החומר התזונתי בשכבה האוקסית של האגמים, ממוחזר ומסופק לחיידקים הטרוטרופיים לשימוש. זה מצביע על כך שלמרות שחיידקי גופרית סגולה נמצאים בשכבה האנוקסית של בית הגידול שלהם, הם מסוגלים לעורר את הצמיחה של אורגניזמים הטרוטרופיים רבים על ידי אספקת חומרים מזינים אנאורגניים לשכבת התחמוצת הנ ל.
