Kaj so vijolične bakterije? Ti mikroorganizmi so pigmentirani z bakterioklorofilom a ali b skupaj z različnimi karotenoidi, ki jim dajejo barve od vijolične, rdeče, rjave in oranžne. To je precej raznolika skupina. Lahko jih razdelimo v dve skupini: vijolične žveplove bakterije in preproste vijolične bakterije (Rhodospirillaceae). Raziskovalni dokument Frontiers in Energy iz leta 2018 je predlagal njihovo uporabo kot biološke vire.
biologija
Vijolične bakterije so večinoma fotoavtotrofne, znane pa so tudi kemoavtotrofne in fotoheterotropne vrste. Lahko so miksotrofi, ki so sposobni aerobnega dihanja in fermentacije.
Fotosinteza vijoličnih bakterij se pojavi v reakcijskih centrih na celični membrani, kjer se fotosintetični pigmenti (t.j. bakterioklorofil, karotenoidi) in proteini, ki vežejo pigment, vnesejo v invaginacijo, da tvorijo specifične vezikule, tubule ali enoparne ali zložene lamele listov. To se imenuje intracitoplazemska membrana (ICM), ki ima povečanopovršina za čim večjo absorpcijo svetlobe.
fizika in kemija
Vijolične bakterije uporabljajo ciklični prenos elektronov, ki ga povzroča vrsta redoks reakcij. Kompleksi za zbiranje svetlobe, ki obkrožajo reakcijski center (RC), zbirajo fotone v obliki resonančne energije in zajamejo klorofilne pigmente P870 ali P960, ki se nahajajo v RC. Vzbujeni elektroni krožijo od P870 do kinonov QA in QB, nato gredo na citokrom bc1, citokrom c2 in nazaj na P870. Reducirani kinonski QB pritegne dva citoplazmatska protona in postane QH2, na koncu se oksidira in sprosti protone, ki jih v periplazmo črpa kompleks citokroma bc1. Posledica delitve naboja med citoplazmo in periplazmo ustvarja protonsko gonilno silo, ki jo uporablja ATP sintaza za ustvarjanje energije ATP.
Vijolične bakterije prav tako prenašajo elektrone iz zunanjih darovalcev neposredno na citokrom bc1, da ustvarijo NADH ali NADPH, ki se uporabljata za anabolizem. So monokristali, ker ne uporabljajo vode kot darovalca elektronov za proizvodnjo kisika. Ena vrsta vijoličnih bakterij, imenovana vijolične žveplove bakterije (PSB), uporablja sulfid ali žveplo kot darovalca elektronov. Druga vrsta, imenovana vijolične nežveplove bakterije, običajno uporablja vodik kot darovalca elektronov, lahko pa uporablja tudi sulfide ali organske spojine v nižjih koncentracijah v primerjavi s PSB.
Vijolične bakterijeni dovolj zunanjih nosilcev elektronov za spontano reduciranje NAD(P)+ v NAD(P)H, zato morajo svoje reducirane kinone uporabiti za močno redukcijo NAD(P)+. Ta proces poganja gonilna sila protona in se imenuje povratni tok elektronov.
Žveplo namesto kisika
Vijolične nežveplove bakterije so bile prve bakterije, za katere je bilo ugotovljeno, da imajo fotosintezo brez kisika kot stranskega produkta. Namesto tega je njihov stranski produkt žveplo. To je bilo dokazano, ko so bile prvič ugotovljene reakcije bakterij na različne koncentracije kisika. Ugotovljeno je bilo, da se bakterije hitro oddaljijo od najmanjše sledi kisika. Nato so naredili poskus, kjer so uporabili posodo z bakterijami, pri čemer je bila svetloba usmerjena na en njen del, drugi pa je ostal v temi. Ker bakterije ne morejo preživeti brez svetlobe, se premaknejo v krog svetlobe. Če bi bil stranski produkt njihovega življenja kisik, bi se razdalje med posamezniki povečale, ko bi se količina kisika povečala. Toda zaradi obnašanja vijoličnih in zelenih bakterij v osredotočeni svetlobi je bilo sklenjeno, da stranski produkt bakterijske fotosinteze ne more biti kisik.
Raziskovalci so predlagali, da so nekatere vijolične bakterije danes povezane z mitohondriji, simbiotičnimi bakterijami v rastlinskih in živalskih celicah, ki delujejo kot organele. Primerjava njihove beljakovinske strukture kaže, da obstaja skupni prednik teh struktur. Podobno strukturo imajo tudi škrlatno zelene bakterije in heliobakterije.
žveplove bakterije (žveplove bakterije)
Vijolične žveplove bakterije (PSB) so del skupine Proteobacteria, ki je sposobna fotosinteze, skupaj imenovane vijolične bakterije. So anaerobne ali mikroaerofilne in jih pogosto najdemo v razslojenih vodnih okoljih, vključno z vročimi izviri, stoječimi tolmuni in mikrobnimi agregacijami na območjih z visokimi vodami. Za razliko od rastlin, alg in cianobakterij vijolične žveplove bakterije ne uporabljajo vode kot reducenta in zato ne proizvajajo kisika. Namesto tega lahko uporabljajo žveplo v obliki sulfida ali tiosulfata (nekatere vrste pa lahko uporabljajo tudi H2, Fe2+ ali NO2-) kot darovalca elektronov na svojih poteh fotosinteze. Žveplo se oksidira, da nastane elementarna žveplova zrnca. To pa se lahko oksidira v žveplovo kislino.
Razvrstitev
Skupina vijoličastih bakterij je razdeljena na dve družini: Chromatiaceae in Ectothiorhodospiraceae, ki proizvajajo notranja in zunanja žveplova zrnca in kažejo razlike v strukturi svojih notranjih membran. So del reda Chromatiales, ki je vključen v gama oddelek Proteobacteria. Tudi rod Halothiobacillus je vključen v Chromatiales v lastno družino, vendar ni fotosintetičen.
habitati
Vijolične žveplove bakterije se običajno nahajajo v osvetljenih anoksičnih območjih jezer in drugih vodnih habitatov, kjer se kopiči vodikov sulfid,in tudi v "žveplovih izvirih", kjer lahko geokemično ali biološko proizveden vodikov sulfid povzroči cvetenje škrlatih žveplovih bakterij. Fotosinteza zahteva anoksične pogoje; te bakterije ne morejo uspevati v okoljih s kisikom.
Meromiktična (trajno stratificirana) jezera so najbolj ugodna za razvoj vijoličnih žveplovih bakterij. Razslojujejo, ker imajo gostejšo (običajno fiziološko) vodo na dnu in manj gosto (običajno sladko vodo) bližje površini. Rast vijoličnih žveplovih bakterij podpira tudi plastenje v holomiktičnih jezerih. Termično so razslojeni: spomladi in poleti se površinska voda segreje, zaradi česar je zgornja voda manj gosta kot spodnja, kar zagotavlja dokaj stabilno razslojevanje za rast vijoličnih žveplovih bakterij. Če je prisotnega dovolj sulfata za podporo sulfacije, se sulfid, ki nastane v usedlini, razprši navzgor v anoksične vode na dnu, kjer lahko škrlatne žveplove bakterije tvorijo goste celične mase.
Grozdi
Vijolične žveplove bakterije lahko najdemo tudi in so pomembna sestavina v vmesnih mikrobnih agregacijah. Grozdi, kot je mikrobna preproga Sippewissett, imajo zaradi toka plimovanja in prihajajoče sladke vode dinamično okolje, kar ima za posledico podobno stratificirano okolje kot meromiktična jezera. Rast vijoličnih žveplovih bakterijse aktivira, ko se dovaja žveplo zaradi smrti in razgradnje mikroorganizmov, ki se nahajajo nad njimi. Razslojenost in vir žvepla omogočata rast PSB v teh plimskih bazenih, kjer se pojavljajo agregacije. PSB lahko pomaga stabilizirati mikrobno usedlino z izločanjem zunajceličnih polimernih snovi, ki lahko vežejo usedline v porečjih.
Ekologija
Vijolične žveplove bakterije lahko vplivajo na okolje s spodbujanjem kroženja hranil, pri čemer uporabljajo svoj metabolizem za spreminjanje okolja. Lahko igrajo pomembno vlogo pri primarni proizvodnji, tako da vplivajo na cikel ogljika s fiksacijo ogljika. Vijolične žveplove bakterije prispevajo tudi k proizvodnji fosforja v svojem življenjskem okolju. Z vitalno aktivnostjo teh organizmov se fosfor, ki omejuje hranila v oksidni plasti jezer, reciklira in posreduje heterotrofnim bakterijam za uporabo. To kaže, da čeprav se vijolične žveplove bakterije nahajajo v anoksični plasti njihovega habitata, lahko spodbudijo rast številnih heterotrofnih organizmov z dovajanjem anorganskih hranil v prej omenjeno oksidno plast.
