Što je ljubičasta bakterija? Ovi mikroorganizmi su pigmentirani bakterioklorofilom a ili b zajedno s raznim karotenoidima koji im daju boje u rasponu od ljubičaste, crvene, smeđe i narančaste. Ovo je prilično raznolika skupina. Mogu se podijeliti u dvije skupine: ljubičaste sumporne bakterije i jednostavne ljubičaste bakterije (Rhodospirillaceae). U radu Frontiers in Energy Research iz 2018. predloženo je njihovo korištenje kao biološki resursi.
Biologija
Ljubičaste bakterije su uglavnom fotoautotrofne, ali su poznate i kemoautotrofne i fotoheterotropne vrste. Oni mogu biti miksotrofi sposobni za aerobno disanje i fermentaciju.
Fotosinteza ljubičastih bakterija događa se u reakcijskim centrima na staničnoj membrani gdje se fotosintetski pigmenti (tj. bakterioklorofil, karotenoidi) i proteini koji vežu pigment uvode u invaginaciju kako bi formirali specifične vezikule, tubule ili jednoparne ili naslagane lamele listovi. To se naziva intracitoplazmatska membrana (ICM), koja ima povećanupovršina za maksimalnu apsorpciju svjetlosti.
Fizika i kemija
Ljubičaste bakterije koriste ciklički prijenos elektrona uzrokovan nizom redoks reakcija. Kompleksi za prikupljanje svjetlosti koji okružuju reakcijski centar (RC) prikupljaju fotone u obliku rezonantne energije, hvatajući pigmente klorofila P870 ili P960 koji se nalaze u RC. Pobuđeni elektroni kruže od P870 do kinona QA i QB, zatim idu na citokrom bc1, citokrom c2 i natrag na P870. Reducirani kinon QB privlači dva citoplazmatska protona i postaje QH2, na kraju se oksidira i oslobađa protone koje citokrom bc1 kompleks pumpa u periplazmu. Rezultirajuća podjela naboja između citoplazme i periplazme stvara protonsku pokretačku silu koju koristi ATP sintaza za generiranje ATP energije.
Ljubičaste bakterije također prenose elektrone s vanjskih donatora izravno na citokrom bc1 za stvaranje NADH ili NADPH koji se koristi za anabolizam. Oni su monokristali jer ne koriste vodu kao donora elektrona za proizvodnju kisika. Jedna vrsta ljubičastih bakterija, nazvana ljubičaste sumporne bakterije (PSB), koristi sulfid ili sumpor kao donore elektrona. Druga vrsta, nazvana ljubičaste nesumporne bakterije, obično koristi vodik kao donor elektrona, ali također može koristiti sulfide ili organske spojeve u nižim koncentracijama u usporedbi s PSB.
ljubičaste bakterijenema dovoljno vanjskih nosača elektrona da spontano redukuju NAD(P)+ u NAD(P)H, pa moraju koristiti svoje reducirane kinone kako bi snažno reducirali NAD(P)+. Ovaj proces pokreće pokretačka sila protona i naziva se obrnutim protokom elektrona.
Sumpor umjesto kisika
Ljubičaste nesumporne bakterije bile su prve bakterije za koje je otkriveno da imaju fotosintezu bez kisika kao nusproizvoda. Umjesto toga, njihov nusproizvod je sumpor. To je dokazano kada su prvi put ustanovljene reakcije bakterija na različite koncentracije kisika. Utvrđeno je da se bakterije brzo udaljavaju od najmanjeg traga kisika. Zatim su napravili pokus u kojem su koristili posudu s bakterijama, a svjetlost je bila usmjerena na jedan njezin dio, a drugi je ostavljen u mraku. Budući da bakterije ne mogu preživjeti bez svjetlosti, one se kreću u krug svjetlosti. Da je nusproizvod njihovog života kisik, udaljenosti između pojedinaca bi postajale sve veće kako se količina kisika povećavala. Ali zbog ponašanja ljubičastih i zelenih bakterija u fokusiranom svjetlu, zaključeno je da nusproizvod fotosinteze bakterija ne može biti kisik.
Istraživači sugeriraju da su neke ljubičaste bakterije danas povezane s mitohondrijima, simbiotičkim bakterijama u biljnim i životinjskim stanicama koje djeluju kao organele. Usporedba njihove proteinske strukture pokazuje da postoji zajednički predak ovih struktura. Ljubičasto zelene bakterije i heliobakterije također imaju sličnu strukturu.
Sumporne bakterije (sumporne bakterije)
Purpurne sumporne bakterije (PSB) dio su skupine Proteobacteria sposobne za fotosintezu, zajednički nazvane ljubičaste bakterije. Oni su anaerobni ili mikroaerofilni i često se nalaze u slojevitim vodenim okolišima, uključujući tople izvore, stajaće bazene i mikrobne agregacije u visokim vodenim područjima. Za razliku od biljaka, algi i cijanobakterija, ljubičaste sumporne bakterije ne koriste vodu kao redukcijsko sredstvo i stoga ne proizvode kisik. Umjesto toga, mogu koristiti sumpor u obliku sulfida ili tiosulfata (a neke vrste također mogu koristiti H2, Fe2+ ili NO2-) kao donora elektrona u svojim putovima fotosinteze. Sumpor se oksidira kako bi se dobile granule elementarnog sumpora. To se zauzvrat može oksidirati u sumpornu kiselinu.
Klasifikacija
Skupina ljubičastih bakterija podijeljena je u dvije obitelji: Chromatiaceae i Ectothiorhodospiraceae, koje proizvode unutarnje i vanjske granule sumpora i pokazuju razlike u strukturi svojih unutarnjih membrana. Oni čine dio reda Chromatiales, uključeni u gama odjeljak Proteobacteria. Rod Halothiobacillus također je uključen u Chromatiales u vlastitoj obitelji, ali nije fotosintetski.
staništa
Purpurne sumporne bakterije obično se nalaze u osvijetljenim anoksičnim zonama jezera i drugih vodenih staništa gdje se nakuplja sumporovodik,a također i u "sumpornim izvorima" gdje geokemijski ili biološki proizvedeni sumporovodik može uzrokovati cvjetanje purpurnih sumpornih bakterija. Za fotosintezu su potrebni anoksični uvjeti; ove bakterije ne mogu napredovati u okruženjima s kisikom.
Meromiktička (trajno slojevita) jezera su najpovoljnija za razvoj purpurnih sumpornih bakterija. Raslojavaju se jer imaju gušću (obično fiziološku) vodu na dnu i manje gustu (obično slatku vodu) bliže površini. Rast purpurnih sumpornih bakterija također je podržan slojevima u holomiktičkim jezerima. Termički su slojeviti: tijekom proljeća i ljeta površinska voda se zagrijava, čineći gornju vodu manje gustom od donje, što osigurava prilično stabilnu stratifikaciju za rast ljubičastih sumpornih bakterija. Ako je prisutno dovoljno sulfata da podrži sulfaciju, sulfid formiran u sedimentu difundira prema gore u anoksične vode na dnu gdje ljubičaste sumporne bakterije mogu formirati guste stanične mase.
Clusters
Purpurne sumporne bakterije također se mogu naći i istaknuta su komponenta u srednjim mikrobnim agregacijama. Grozdovi kao što je mikrobiološki sag Sippewissett imaju dinamično okruženje zbog protoka plime i nadolazeće slatke vode, što rezultira sličnim slojevitim okolišima kao meromiktička jezera. Rast ljubičastih sumpornih bakterijase aktivira kako se sumpor opskrbljuje zbog smrti i razgradnje mikroorganizama koji se nalaze iznad njih. Slojevitost i izvor sumpora omogućuju rast PSB-a u tim plimnim bazenima gdje se javljaju nakupine. PSB može pomoći u stabilizaciji mikrobnog sedimenta izlučivanjem ekstracelularnih polimernih tvari koje mogu vezati sediment u slivovima.
Ekologija
Purpurne sumporne bakterije mogu utjecati na okoliš promičući kruženje hranjivih tvari, koristeći svoj metabolizam za promjenu okoliša. Oni mogu igrati značajnu ulogu u primarnoj proizvodnji utječući na ciklus ugljika kroz fiksaciju ugljika. Ljubičaste sumporne bakterije također doprinose proizvodnji fosfora u svom staništu. Kroz vitalnu aktivnost ovih organizama, fosfor, koji ograničava hranjive tvari u oksidnom sloju jezera, reciklira se i daje heterotrofnim bakterijama na korištenje. To ukazuje da iako se purpurne sumporne bakterije nalaze u anoksičnom sloju njihovog staništa, one su u stanju stimulirati rast mnogih heterotrofnih organizama opskrbljujući anorganske hranjive tvari u prethodno spomenuti sloj oksida.
