Metabolinė įvairovė

http://reasonandscience.heavenforum.org/t2173-origin-of-life-heterotrophic-or-autotrophic-the-emergence-of-the-basic-metabolic-processes

Taigi, peržvelgėme kai kuriuos metabolinius kelius, kuriais dauguma organizmų gauna energijos. Mikrobai iš kitų organizmų grupių išsiskiria didele metaboline įvairove. Kai kurie mikroorganizmai metabolizuoja neorganinius junginius keliais, kurie nebūdingi nei augalams, nei gyvūnams. Visi organizmai, įskaitant ir mikroorganizmus, gali būti skirstomi pagal jų mitybos modelį – jų energijos bei anglies šaltinius.

Atsižvelgiant į jų energijos šaltinius, organizmus galima skirstyti į fototrofus ir chemotrofus. Fototrofai kaip pirminį energijos šaltinį naudoja šviesą, tuo tarpu chemotrofai priklausomi nuo neorganinių ar organinių medžiagų oksidacijos-redukcijos reakcijų. Atsižvelgiant į jų anglies šaltinius, autotrofai (maitinasi pats) naudoja anglies dioksidą, o heterotrofams (maitinasi kitais) reikalingas organinis anglies šaltinis. Autotrofai dar vadinami litotrofais (akmens valgytojai), o heterotrofai – organotrofais.

Jei apjungiame energijos ir anglies šaltinius, tai organizmus galime skirstyti taip: fotoautotrofai, fotoheterotrofai, chemoautotrofai ir chemoheterotrofai. Šiuos keturis tipus aptarsime plačiau.

https://www.slideshare.net/hinathashmi/metabolism-of-microbes-circus

Fotoautotrofai.

Fotoautotrofai kaip energijos šaltinį naudoja šviesą, o kaip pagrindinį anglies šaltinį – anglies dioksidą. Fotoautotrogams priklauso fotosintetinančios bakterijos (žaliosios ir purpurinės bakterijos bei cianobakterijos), dumbliai ir žalieji augalai. Cianobakterijų, dumblių ir augalų fotosintezės reakcijose vandens molekulių vandenilio atomai redukuoja anglies dioksidą, o deguonies dujos susidaro kaip šalutinis produktas. Kadangi šių organizmų fotosintezės proceso metu išsiskiria deguonis, ji dar vadinama oksigenine fotosinteze.

https://www.haikudeck.com/energy-pyramid-science-and-technology-presentation-G0DuBv1MML

Cianobakterijos nėra vienintelė šeima tarp fotosintezę atliekančių prokariotų. Kiekviena šeima yra klasifikuojama pagal tai, kaip redukuoja CO2. Šios bakterijos CO2 redukcijai negali naudoti H2O ir negali atlikti fotosintezės, kai aplinkoje yra deguonies (joms reikia anaerobinės aplinkos). Vadinasi, šių bakterijų fotosintezės proceso metu nesusidaro deguonis, tai yra, vyksta anoksigenine fotosinteze. Žaliosios ir purpurinės bakterijos yra anoksikogeniniai fotoautotrofai.

Žaliosios bakterijos, pavyzdžiui Chlorobium, anglies dioksido redukcijai naudoja sierą (S), sieros junginius (sieros vandenilį (H2S) ar vandenilio dujas (H2)) ir gamina organinius junginius. Naudodamos šviesos energiją ir tam tikrus fermentus, šios bakterijos oksiduoja sulfido jonus (S2-) ar elementinę sierą (S) į sulfato jonus (SO42-) arba oksiduoja vandenilio dujas į vandenį (H2O). Purpurinės bakterijos, pavyzdžiui Chromatium, anglies dioksido redukcijai taip pat naudoja sierą, sieros junginius ar vandenilio dujas. Jos skiriasi nuo žaliųjų bakterijų chlorofilo tipu, sieros kaupimo vieta ir ribosomine RNR.

https://www2.gwu.edu/~darwin/BiSc151/Bacteria/Mymonera.html
Žaliosios sierabakterės

Šių fotosintetinančių bakterijų turimi chlorofilai yra vadinami bakteriniais chlorofilais. Nuo kitų fotosintezę atliekančių organizmų turimo chlorofilo a bakteriniai chlorofilai skiriasi sugeriamų šviesos bangų ilgiu - jie yra ilgesni. Žaliųjų sierabakterių bakteriniai chlorofilai kaupiami chlorosomose - pūslelėse, kurios yra prisijungusios prie plazminės membranos. Purpurinių sierabakterių bakteriniai chlorofilai kaupiami plazminės membranos „kišenėse“ (chromatoforuose).

https://sites.google.com/site/botany317/session-2/bacteria/green-purple-bacteria
Purpurinės sierabakterės
Fotoheterotrofai.

Fotoheterotrofai kaip energijos šaltinį naudoja šviesą, tačiau negali sintetinti cukrų iš anglies dioksido. Kaip anglies šaltinį jie naudoja organinius junginius, pavyzdžiui, alkoholius, riebalų rūgštis, angliavandenius bei kitas organines medžiagas. Fotoheterotrofai yra anoksigeniniai. Fotoheterotrofams priklauso žaliosios nesierabakterės, pavyzdžiui, Chloroflexus, ir purpurinės nesierabakterės, pavyzdžiui, Rhodopseudomonas.

http://genome.jgi.doe.gov/rhop3/rhop3.home.html
Rhodopseudomonas
Chemoautotrofai.

Chemoautotrofai kaip energijos šaltinį naudoja redukuotų neorganinių molekulių elektronus, o kaip pagrindinį anglies šaltinį naudoja CO2. CO2 jie fiksuoja Kalvino cikle, kuris buvo aptartas fotosintezės įraše. Kaip energijos šaltinius chemoautotrofai gali naudoti įvairius neorganinius junginius, pavyzdžiui: Beggiatoa naudoja vandenilio sulfidą (H2S), Thiobacillus thiooxidans – elementinę sierą (S), Nitrosomonas – amoniaką (NH3), Nitrobacter – nitrito jonus (NO2-), Cupriavidus – vandenilio dujas (H2), Thiobacillus ferroxidans – geležies jonus (Fe2+), Pseudomonas carboxydohydrogena – anglies monoksidą (CO). Energija, gaunama oksiduojant minėtus junginius, saugoma ATP molekulės pavidalu, kuri gaunama oksidacinio fosforilinimo būdu.

https://www.slideshare.net/Suvanthinis/2015-0325-agb-12022

Chemoheterotrofai.

Fotoautotrofų, fotoheterotrofų ir chemoautotrofų atvejais yra lengva atskirti energijos ir anglies šaltinius, nes šios žaliavos gaunamos iš skirtingų medžiagų. Tačiau chemoheterotrofų atveju atkirti energijos ir anglies šaltinius yra sunku, nes minėtos žaliavos gaunamos iš tų pačių organinių medžiagų, pavyzdžiui, gliukozės. Chemoheterotrofai kaip energijos šaltinį specifiškai naudoja organinių molekulių vandenilio atomų elektronus. Dauguma bakterijų, visi grybai, pirmuonys ir gyvūnai yra chemoheterotrofai.

Heterotrofai yra klasifikuojami pagal vartojamų organinių molekulių šaltinį. Saprotrofai minta negyva organine medžiaga, o paratrofai maistinių medžiagų gauna iš gyvų organinių medžiagų.

Bakterijos ir grybai kaip energijos ir anglies šaltinius gali naudoti įvairias organines molekules. Todėl jie ir gali gyventi įvairiose aplinkose. Mikrobinės įvairovės supratimas yra tiek moksliškai įdomus, tiek ekonomiškai svarbus. Tam tikrose situacijose mikrobinis augimas yra nepageidaujamas. Pavyzdžiui, kai gumą ardančios bakterijos sugadina tarpines ar batų padus. Tačiau šios bakterijos gali būti naudingos - jos gali suskaidyti išmestus guminius daiktus, pavyzdžiui, panaudotas padangas. Rhodococcus erythropolis yra plačiai paplitęs dirvoje ir gali sukelti žmogaus ir kitų gyvūnų ligas. Tačiau tas pats mikroorganizmas naftoje sieros atomus gali pakeisti į deguonies. Viena Teksaso kompanija naudoja R. erytropolis gaminant besierius degalus.

http://www.jfe-tec.co.jp/en/composite_material/failure.html

Sekit ir dalinkitės. Nauji įrašai kiekvieną pirmadienį, trečiadienį ir penktadienį. Iki kito susitikimo :)


chekas

Informacijos šaltiniai:
  • Gerard J. Tortora, Berdell R.Funke, Christine L. Case. "Microbiology. An Indtroduction". 11th edition. p 140-143  

Komentarų nėra:

Rašyti komentarą

Follow by Email