Co jsou fialové bakterie? Tyto mikroorganismy jsou pigmentovány bakteriochlorofylem a nebo b spolu s různými karotenoidy, které jim dodávají barvy od fialové, červené, hnědé a oranžové. Jedná se o poměrně různorodou skupinu. Lze je rozdělit do dvou skupin: fialové sirné bakterie a jednoduché fialové bakterie (Rhodospirillaceae). V dokumentu Frontiers in Energy Research z roku 2018 bylo navrženo jejich použití jako biologických zdrojů.
Biologie
Fialové bakterie jsou většinou fotoautotrofní, ale jsou známy i druhy chemoautotrofní a fotoheterotropní. Mohou to být mixotrofy schopné aerobního dýchání a fermentace.
Fotosyntéza fialových bakterií probíhá v reakčních centrech na buněčné membráně, kde jsou do invaginace zaváděny fotosyntetické pigmenty (tj. bakteriochlorofyl, karotenoidy) a proteiny vázající pigment za vzniku specifických váčků, tubulů nebo jednopárových či vrstvených lamelárních povlečení na postel. To se nazývá intracytoplazmatická membrána (ICM), která má zvětšenoupovrch pro maximální absorpci světla.
Fyzika a chemie
Fialové bakterie využívají cyklický přenos elektronů způsobený řadou redoxních reakcí. Světelné komplexy obklopující reakční centrum (RC) shromažďují fotony ve formě rezonanční energie a zachycují chlorofylové pigmenty P870 nebo P960 umístěné v RC. Excitované elektrony cyklují z P870 na chinony QA a QB, pak jdou do cytochromu bc1, cytochromu c2 a zpět na P870. Redukovaný chinon QB přitahuje dva cytoplazmatické protony a stává se QH2, nakonec se oxiduje a uvolňuje protony, které jsou čerpány do periplazmy komplexem cytochromu bcl. Výsledné sdílení náboje mezi cytoplazmou a periplazmou vytváří protonovou hnací sílu používanou ATP syntázou k vytváření energie ATP.
Fialové bakterie také přenášejí elektrony od externích dárců přímo do cytochromu bc1, aby generovaly NADH nebo NADPH používané pro anabolismus. Jsou to monokrystaly, protože nepoužívají vodu jako donor elektronů k výrobě kyslíku. Jeden typ fialových bakterií, nazývaných fialové sirné bakterie (PSB), používá jako donory elektronů sulfid nebo síru. Jiný typ, nazývaný fialové nesirné bakterie, obvykle používá jako donor elektronů vodík, ale může také používat sulfid nebo organické sloučeniny v nižších koncentracích ve srovnání s PSB.
Fialové bakterienení dostatek vnějších elektronových nosičů, aby spontánně redukovaly NAD(P)+ na NAD(P)H, takže musí použít své redukované chinony k enanghorní redukci NAD(P)+. Tento proces je řízen hnací silou protonu a nazývá se zpětný tok elektronů.
Síra místo kyslíku
Fialové nesírové bakterie byly prvními bakteriemi, u kterých byla nalezena fotosyntéza bez kyslíku jako vedlejšího produktu. Místo toho je jejich vedlejším produktem síra. To bylo prokázáno, když byly poprvé zjištěny reakce bakterií na různé koncentrace kyslíku. Bylo zjištěno, že bakterie se rychle vzdálí od sebemenší stopy kyslíku. Pak provedli experiment, kdy použili misku s bakteriemi a světlo se zaměřilo na jednu její část a druhou nechali ve tmě. Protože bakterie nemohou přežít bez světla, přesouvají se do světelného kruhu. Pokud by vedlejším produktem jejich života byl kyslík, s rostoucím množstvím kyslíku by se vzdálenosti mezi jednotlivci zvětšovaly. Ale kvůli chování fialových a zelených bakterií v soustředěném světle se dospělo k závěru, že vedlejším produktem bakteriální fotosyntézy nemůže být kyslík.
Výzkumníci navrhli, že některé purpurové bakterie jsou dnes spojeny s mitochondriemi, symbiotickými bakteriemi v rostlinných a živočišných buňkách, které fungují jako organely. Srovnání jejich proteinové struktury ukazuje, že existuje společný předek těchto struktur. Fialové zelené bakterie a heliobakterie mají také podobnou strukturu.
Sirné bakterie (sirné bakterie)
Purple sirné bakterie (PSB) jsou součástí skupiny Proteobacteria schopné fotosyntézy, společně označované jako purpurové bakterie. Jsou anaerobní nebo mikroaerofilní a často se vyskytují ve stratifikovaných vodních prostředích, včetně horkých pramenů, stojatých bazénů a mikrobiálních agregací v oblastech s vysokou vodou. Na rozdíl od rostlin, řas a sinic nevyužívají fialové sirné bakterie vodu jako redukční činidlo, a proto neprodukují kyslík. Místo toho mohou používat síru ve formě sulfidu nebo thiosíranu (a některé druhy mohou také používat H2, Fe2+ nebo NO2-) jako donor elektronů ve svých cestách fotosyntézy. Síra se oxiduje za vzniku elementárních sirných granulí. Ta se zase může oxidovat za vzniku kyseliny sírové.
Klasifikace
Skupina fialových bakterií se dělí do dvou čeledí: Chromatiaceae a Ectothiorhodospiraceae, které produkují vnitřní a vnější sirná granule a vykazují rozdíly ve struktuře svých vnitřních membrán. Jsou součástí řádu Chromatiales, zahrnuty do gama divize Proteobakterie. Rod Halothiobacillus je také součástí Chromatiales ve své vlastní rodině, ale není fotosyntetický.
Habitats
Fialové sirné bakterie se obvykle nacházejí v osvětlených anoxických zónách jezer a dalších vodních prostředí, kde se hromadí sirovodík,a také v „sirných pramenech“, kde geochemicky nebo biologicky produkovaný sirovodík může způsobit rozkvět purpurových sirných bakterií. Fotosyntéza vyžaduje anoxické podmínky; tyto bakterie nemohou prosperovat v okysličených prostředích.
Meromiktická (trvale stratifikovaná) jezera jsou nejpříznivější pro rozvoj purpurových sirných bakterií. Stratifikují, protože mají hustší (obvykle fyziologickou) vodu na dně a méně hustou (obvykle sladkou vodu) blíže k povrchu. Růst fialových sirných bakterií podporuje i vrstvení v holomiktických jezerech. Jsou tepelně stratifikované: během jara a léta se povrchová voda zahřívá, takže horní voda je méně hustá než spodní, což poskytuje poměrně stabilní stratifikaci pro růst fialových sirných bakterií. Je-li přítomno dostatek síranu k podpoře sulfatace, sulfid vytvořený v sedimentu difunduje nahoru do anoxických spodních vod, kde mohou purpurové sirné bakterie tvořit husté buněčné masy.
Shluky
Nachové sirné bakterie lze také nalézt a jsou významnou složkou v intermediárních mikrobiálních agregacích. Shluky, jako je mikrobiální koberec Sippewissett, mají dynamické prostředí díky přílivu a přílivu a příchozí sladké vodě, což má za následek podobně stratifikované prostředí jako meromiktická jezera. Růst purpurových sirných bakteriíse aktivuje, když je dodávána síra v důsledku smrti a rozkladu mikroorganismů umístěných nad nimi. Stratifikace a zdroj síry umožňuje PSB růst v těchto přílivových pánvích, kde dochází k agregacím. PSB může pomoci stabilizovat mikrobiální sediment prostřednictvím sekrece extracelulárních polymerních látek, které mohou vázat sediment v povodích.
Ekologie
Fialové sirné bakterie jsou schopny ovlivňovat životní prostředí tím, že podporují koloběh živin, využívají svůj metabolismus ke změně prostředí. Mohou hrát významnou roli v primární produkci ovlivňováním uhlíkového cyklu prostřednictvím fixace uhlíku. Fialové sirné bakterie také přispívají k produkci fosforu v jejich přirozeném prostředí. Prostřednictvím životně důležité aktivity těchto organismů je fosfor, který omezuje živiny v oxické vrstvě jezer, recyklován a poskytnut k použití heterotrofním bakteriím. To naznačuje, že ačkoli se fialové sirné bakterie nacházejí v anoxické vrstvě jejich stanoviště, jsou schopny stimulovat růst mnoha heterotrofních organismů tím, že do výše zmíněné oxidové vrstvy dodávají anorganické živiny.
