ACIDOFILI: MIKROORGANISMU RAKSTUROJUMS, PIEMĒRI, PIELIETOJUMS - BIOLOĢIJA - 2025

Acidofīlie organismi ir mikroorganismu tips (prokariotu vai eikariotu), kas spēj vairoties un dzīvo vidē, kuras pH vērtības ir mazākas par 3. Faktiski termins acidophilus nāk no grieķu valodas un nozīmē "skābes cienītājs".

Šo vidi var radīt vulkāniskas aktivitātes, izdalot sēra gāzes vai metālu oksīdu maisījumu no dzelzs raktuvēm. Turklāt tie var būt pašu organismu aktivitātes vai metabolisma produkts, kas paskābina savu vidi, lai izdzīvotu.

Skābie Rio Tinto ūdeņi kalpo kā biotops ļoti dažādiem skābju-phila mikroorganismiem, kas tam piešķir raksturīgo krāsu. Autors Antonio de Mijas, Spānija, no Wikimedia Commons.

Organismi, kas klasificēti šajā kategorijā, pieder arī lielai ekstremofilo organismu grupai, jo tie aug vidē, kuras pH līmenis ir ļoti skābs. Kur lielākā daļa šūnu nespēj izdzīvot.

Turklāt ir svarīgi uzsvērt, ka šai organismu grupai ir liela nozīme no ekoloģiskā un ekonomiskā viedokļa.

Vispārīgais raksturojums

Konkurence, plēsonība, savstarpēja saikne un sinerģija

Lielākā daļa acidophilic organismu aug un dzīvo skābekļa klātbūtnē. Tomēr ir pierādījumi par acidophilus, kas var attīstīties gan skābekļa trūkumā, gan klātbūtnē.

Turklāt šie organismi izveido dažāda veida mijiedarbību ar citiem organismiem, piemēram, konkurenci, plēsību, savstarpēju saikni un sinerģiju. Kā piemēru var minēt jauktās acidophilus kultūras, kuru sēra minerālu oksidācijas pieaugums un efektivitāte ir augstāka nekā atsevišķām kultūrām.

Grēmas, problēma, kas jāatrisina

Acidofiliem ir raksturīgas atšķirīgas strukturālās un funkcionālās īpašības, kas tiem ļauj neitralizēt skābumu. Tajos ietilpst īpaši necaurlaidīgas šūnu membrānas, augsta iekšējā regulatīvā spēja un unikālas transporta sistēmas.

Tā kā acidofili dzīvo vidē, kur protonu koncentrācija ir augsta, viņi ir izstrādājuši sūkņu sistēmas, kas ir atbildīgas par protonu izraidīšanu uz ārpusi. Ar šo stratēģiju tiek panākts, ka baktēriju iekšienē pH ir ļoti tuvu neitrālam.

Acidofīlie organismi ir izstrādājuši protonu sūkņu sistēmu, kas ļauj tiem izsūknēt protonus uz āru un saglabāt intracelulāru pH tuvu neitrālam. Autors PhilMacD, no Wikimedia Commons.

Tomēr raktuvēs ar lielu sērskābes saturu ir atrasti mikroorganismi bez šūnas sienas, kas norāda, ka pat bez šīs aizsardzības tie ir pakļauti lielai protonu koncentrācijai.

No otras puses, ārkārtēju apstākļu dēļ, kādos tiek pakļauti šāda veida mikroorganismi, tiem jāgarantē, ka visi to olbaltumvielas ir funkcionālie un nav denaturēti.

Šim nolūkam sintezētie proteīni ir ar lielu molekulmasu, tāpēc starp aminoskābēm, kas tos veido, ir lielāks saišu skaits. Tādā veidā saites kļūst sarežģītāk, un olbaltumvielu struktūrai tiek piešķirta lielāka stabilitāte.

Augsta membrānas necaurlaidība

Tiklīdz protoni nonāk citoplazmā, acidofīlajiem organismiem jāīsteno metodes, kas ļauj tiem mazināt samazināta iekšējā pH iedarbību.

Lai palīdzētu uzturēt pH, acidofiliem ir necaurlaidīga šūnu membrāna, kas ierobežo protonu iekļūšanu citoplazmā. Tas ir saistīts ar faktu, ka arhaea acidofilu membrāna sastāv no cita veida lipīdiem, nevis tiem, kas atrodami baktērijās un eikariotu šūnu membrānās.

Arhajā fosfolipīdiem ir hidrofobiskais (izopenoīdais) reģions un polārais reģions, ko veido glicerīna mugurkauls un fosfātu grupa. Jebkurā gadījumā savienojums ir saistīts ar ētera saiti, kas rada lielāku pretestību, īpaši augstā temperatūrā.

Turklāt dažos gadījumos archaea nav divslāņu, bet drīzāk divu hidrofobu ķēžu savienības produkts, tie veido vienslāni, kur vienīgā divu polāro grupu molekula rada tām lielāku pretestību.

No otras puses, neskatoties uz to, ka fosfolipīdi, kas veido baktēriju un eikariotu membrānas, saglabā tādu pašu struktūru (hidrofobā un polārā reģiona), saites ir estera tipa un veido lipīdu divslāni.

Svarīgums

Acidofīlie organismi ir potenciāli nozīmīgi evolūcijā, jo zemie pH un metāliem bagāti apstākļi, kādos tie aug, varētu būt līdzīgi zemūdens vulkāniskajiem apstākļiem agrā zemē.

Tādējādi acidofīlie organismi varētu attēlot pirmatnējās relikvijas, no kurām attīstījās sarežģītāka dzīve.

Turklāt, tā kā vielmaiņas procesi varētu būt cēlušies uz sulfīdu minerālu virsmas, iespējams, ka šo organismu DNS strukturēšana varētu notikt skābā pH.

Regulēšana acidofīlos organismos

PH regulēšana ir būtiska visiem organismiem, šī iemesla dēļ acidofiliem jābūt intracelulāram pH tuvu neitrālam.

Tomēr acidofīlie organismi spēj izturēt vairāku gradientu pH gradientus, salīdzinot ar organismiem, kas aug tikai pie pH, kas tuvu neitrālam. Kā piemēru var minēt Thermoplasma acidophilum, kas spēj dzīvot pie pH 1,4, saglabājot iekšējo pH pie 6,4.

Interesanta lieta par acidofīlajiem organismiem ir tā, ka viņi izmanto šo pH gradienta priekšrocības, lai iegūtu enerģiju caur protonu virzošo spēku.

Acidofīlo mikroorganismu piemēri

Acidofīlie organismi pārsvarā izplatās baktērijās un arhajā, un tie veicina daudzos bioģeoķīmiskos ciklus, kas ietver dzelzs un sēra ciklus.

Starp pirmajiem mums ir Ferroplasma acidarmanus, kas ir arha, kas spēj augt vidēs ar pH tuvu nullei. Citi prokarioti ir Picrophilus oshimae un Picrophilus torridus, kas ir arī termofīli un aug Japānas vulkāna krāteros.

Mums ir arī daži acidofīlie eikarioti, piemēram, Cyanidyum caldariuym, kas spēj dzīvot ar pH tuvu nullei, saglabājot šūnas iekšpusi gandrīz neitrālā līmenī.

Acontium cylatium, Cephalosporium sp. un Trichosporon cerebriae, ir trīs eikarioti no Sēnīšu valstības. Citi tikpat interesanti ir Picrophilus oshimae un Picrophilus torridus.

Lietojumprogrammas

Izskalošanās

Acidofilo mikroorganismu nozīmīgā loma ir to biotehnoloģiskā pielietošana, jo īpaši metālu ieguvē no minerāliem, kas ievērojami samazina sārņus, ko rada tradicionālās ķīmiskās metodes (izskalošanās).

Šis process ir īpaši noderīgs vara ieguvē, kur, piemēram, Thobacillus sulfolobus var darboties kā katalizators un paātrināt vara sulfāta oksidācijas ātrumu, kas veidojas oksidācijas laikā, palīdzot metālu šķīst.

Pārtikas rūpniecība

Acidofīliem organismiem ir rūpnieciski nozīmīgi fermenti, kas ir skābēm stabilu enzīmu avots, un tos var izmantot kā smērvielas.

Pārtikas rūpniecībā amilāžu un glikoamilāžu ražošanu izmanto arī cietes, konditorejas izstrādājumu, augļu sulu pārstrādei.

Turklāt tos plaši izmanto proteāžu un celulāžu ražošanā, kuras izmanto kā dzīvnieku barības sastāvdaļas, un farmaceitisko produktu ražošanā.

Atsauces

1. Baker-Austin C, Dopson M. Dzīve skābē: pH homeostāze acidofilos. Tendences Mikrobiols. 2007; 15 (4): 165–71.
2. Edvards KJ, Bonds PL, Gihring TM, Banfield JF. Arkānu dzelzs oksidējošais galīgais acidofils, kas svarīgs skābo mīnu kanalizācijā. Zinātne. 2000; 287: 1796-1799.
3. Horikoshi K. Alkaliphiles: Daži to produktu lietojumi biotehnoloģijā. Mikrobioloģijas un molekulārās bioloģijas pārskati. 1999; 63: 735-750.
4. Kar NS, Dasgupta AK. Iespējamā virsmas lādiņa loma membrānas organizācijā acidofilā, Indijā. Bioķīmijas un biofizikas žurnāls. deviņpadsmit deviņdesmit seši; 33: 398-402.
5. Macalady JL, Vestling MM, Baumler D, Boekelheide N, Kaspar CW, Banfield JF. Vienkārši ar tetraeteri saistīti membrānas slāņi Ferroplasma spp: skābes izdzīvošanas atslēga. Ekstremofili. 2004; 8: 411-419
6. Madigan MT, Martinko JM, Parker J. 2003. Prokariotu daudzveidība: Arheja. Lomās: Madigan MT, Martinko JM, Parker J. (red.). Broka mikroorganismu mikrobioloģija. Desmit izdevums. Ed Pearson-Prentice Hall, Madride, 741.-766. Lpp.
7. Schleper C, Pühler G, Kühlmorgen B, Zillig W. Dzīve pie ārkārtīgi zema pH līmeņa. Daba. deviņpadsmit deviņdesmit pieci; 375: 741-742.
8. Wiegel J, Keubrin UV. Alkalitermofili. Bioķīmiskās sabiedrības darījumi. 2004; 32: 193-198.