Šta je ljubičasta bakterija? Ovi mikroorganizmi su pigmentirani bakteriohlorofilom a ili b zajedno s raznim karotenoidima koji im daju boje u rasponu od ljubičaste, crvene, smeđe i narančaste. Ovo je prilično raznolika grupa. Mogu se podijeliti u dvije grupe: ljubičaste sumporne bakterije i jednostavne ljubičaste bakterije (Rhodospirillaceae). U radu Frontiers in Energy Research iz 2018. predloženo je njihovo korištenje kao bio-resurs.
Biologija
Ljubičaste bakterije su uglavnom fotoautotrofne, ali su poznate i hemoautotrofne i fotoheterotropne vrste. Oni mogu biti miksotrofi sposobni za aerobno disanje i fermentaciju.
Fotosinteza ljubičastih bakterija događa se u reakcionim centrima na ćelijskoj membrani gdje se fotosintetski pigmenti (tj. bakteriohlorofil, karotenoidi) i proteini koji vezuju pigment uvode u invaginaciju kako bi formirali specifične vezikule, tubule ili jednoparne ili naslagane lamele listovi. To se zove intracitoplazmatska membrana (ICM), koja ima uvećanu veličinupovršina za maksimalnu apsorpciju svjetlosti.
Fizika i hemija
Ljubičaste bakterije koriste ciklički prijenos elektrona uzrokovan nizom redoks reakcija. Kompleksi za prikupljanje svjetlosti koji okružuju reakcioni 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 do citokroma bc1, citokroma c2 i nazad do P870. Redukovani kinon QB privlači dva citoplazmatska protona i postaje QH2, na kraju se oksidira i oslobađa protone koje citokrom bc1 kompleks upumpava 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 sa vanjskih donatora direktno na citokrom bc1 kako bi generirali NADH ili NADPH koji se koristi za anabolizam. Oni su monokristali jer ne koriste vodu kao donor 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 vodonik kao donor elektrona, ali može koristiti i sulfide ili organska jedinjenja u nižim koncentracijama u poređenju sa PSB.
ljubičaste bakterijenema dovoljno vanjskih nosača elektrona da spontano redukuju NAD(P)+ u NAD(P)H, tako da moraju koristiti svoje reducirane kinone da snažno redukuju NAD(P)+. Ovaj proces pokreće pokretačka sila protona i naziva se obrnutim protokom elektrona.
Sumpor umjesto kiseonika
Ljubičaste nesumporne bakterije bile su prve bakterije za koje je otkriveno da imaju fotosintezu bez kiseonika 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 i od najmanjeg traga kiseonika. Zatim su napravili eksperiment u kojem su koristili posudu s bakterijama, a svjetlo je bilo fokusirano na jedan 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. Poređenje njihove strukture proteina 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 grupe Proteobacteria sposobne za fotosintezu, koje se zajednički nazivaju ljubičaste bakterije. Oni su anaerobni ili mikroaerofilni i često se nalaze u slojevitim vodenim sredinama, uključujući tople izvore, stajaće bazene i mikrobne agregacije u visokim vodama. 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 putevima fotosinteze. Sumpor se oksidira kako bi se dobile elementarne granule sumpora. Ovo se zauzvrat može oksidirati u sumpornu kiselinu.
Klasifikacija
Grupa ljubičastih bakterija podijeljena je u dvije porodice: Chromatiaceae i Ectothiorhodospiraceae, koje proizvode unutrašnje i vanjske granule sumpora i pokazuju razlike u strukturi svojih unutrašnjih membrana. Oni čine dio reda Chromatiales, uključenog u gama odjeljak Proteobacteria. Rod Halothiobacillus je takođe uključen u Chromatiales u svojoj porodici, ali nije fotosintetski.
Staništa
Purpurne sumporne bakterije se obično nalaze u osvijetljenim anoksičnim zonama jezera i drugih vodenih staništa gdje se akumulira sumporovodik,a također i u "sumpornim izvorima" gdje geohemijski ili biološki proizvedeni sumporovodik može uzrokovati cvjetanje purpurnih sumpornih bakterija. Za fotosintezu su potrebni anoksični uslovi; ove bakterije ne mogu napredovati u okruženjima sa kiseonikom.
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 je također podržan slojevima u holomiktičnim jezerima. Oni su termički slojeviti: tokom 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 sulfatizaciju, sulfid formiran u sedimentu difundira prema gore u anoksične vode na dnu gdje ljubičaste sumporne bakterije mogu formirati guste ćelijske mase.
Clusters
Purpurne sumporne bakterije se također mogu naći i istaknuta su komponenta u srednjim mikrobnim agregacijama. Klasteri kao što je Sippewissett mikrobna prostirka imaju dinamično okruženje zbog protoka plime i nadolazeće slatke vode, što rezultira sličnim slojevitim sredinama kao meromiktička jezera. Rast ljubičastih sumpornih bakterijase aktivira kako se sumpor isporučuje zbog smrti i razgradnje mikroorganizama koji se nalaze iznad njih. Slojevitost i izvor sumpora omogućavaju PSB-u da raste u ovim plimnim bazenima gdje se javljaju agregacije. PSB može pomoći u stabilizaciji mikrobnog sedimenta kroz izlučivanje ekstracelularnih polimernih supstanci koje mogu vezati sediment u slivovima.
Ekologija
Purpurne sumporne bakterije mogu utjecati na okoliš promovišući kruženje nutrijenata, koristeći svoj metabolizam za promjenu okoline. 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 nutrijente u oksidnom sloju jezera, reciklira se i daje heterotrofnim bakterijama na korištenje. Ovo ukazuje na to da iako se purpurne sumporne bakterije nalaze u anoksičnom sloju njihovog staništa, one su u stanju stimulirati rast mnogih heterotrofnih organizama opskrbljujući neorganske hranjive tvari gore spomenutom oksidnom sloju.
