Què són els bacteris morats? Aquests microorganismes estan pigmentats amb bacterioclorofil·la a o b juntament amb diversos carotenoides que els donen colors que van des del violeta, el vermell, el marró i el taronja. Aquest és un grup força divers. Es poden dividir en dos grups: bacteris de sofre morat i bacteris porpra simples (Rhodospirillaceae). El document de 2018 Frontiers in Energy Research proposava utilitzar-los com a biorecursos.
Biologia
Els bacteris porpra són majoritàriament fotoautòtrofs, però també es coneixen espècies quimioautòtrofs i fotoheteròtropes. Poden ser mixòtrofs capaços de respirar i fermentar aeròbics.
La fotosíntesi de bacteris porpra es produeix als centres de reacció de la membrana cel·lular on s'introdueixen pigments fotosintètics (és a dir, bacterioclorofil·la, carotenoides) i proteïnes que s'uneixen a pigments a la invaginació per formar vesícules, túbuls o lamel·lars d'un sol parell o apilats. llençols. Això s'anomena membrana intracitoplasmàtica (ICM), que té un engrandimentsuperfície per maximitzar l'absorció de la llum.
Física i química
Els bacteris morats utilitzen la transferència cíclica d'electrons causada per una sèrie de reaccions redox. Els complexos de recollida de llum que envolten el centre de reacció (RC) recullen fotons en forma d'energia ressonant, capturant els pigments de clorofil·la P870 o P960 situats al RC. Els electrons excitats passen de P870 a quinones QA i QB, després passen al citocrom bc1, citocrom c2 i tornen a P870. La quinona QB reduïda atrau dos protons citoplasmàtics i es converteix en QH2, que finalment s'oxida i allibera protons per ser bombejats al periplasma pel complex del citocrom bc1. La càrrega compartida resultant entre el citoplasma i el periplasma crea una força motriu de protons utilitzada per l'ATP sintasa per generar energia ATP.
Els bacteris morats també transfereixen electrons de donants externs directament al citocrom bc1 per generar NADH o NADPH utilitzats per a l'anabolisme. Són cristalls simples perquè no utilitzen l'aigua com a donant d'electrons per produir oxigen. Un tipus de bacteris morats, anomenats bacteris de sofre porpra (PSB), utilitza sulfur o sofre com a donants d'electrons. Un altre tipus, anomenat bacteris morats sense sofre, sol utilitzar hidrogen com a donant d'electrons, però també pot utilitzar sulfurs o compostos orgànics a concentracions més baixes en comparació amb el PSB.
Bacteris violetesno hi ha suficients portadors d'electrons externs per reduir espontàniament NAD(P)+ a NAD(P)H, per la qual cosa han d'utilitzar les seves quinones reduïdes per reduir NAD(P)+ de manera enanhorosa. Aquest procés és impulsat per la força motriu del protó i s'anomena flux invers d'electrons.
Sofre en lloc d'oxigen
Els bacteris morats sense sofre van ser els primers bacteris que es van trobar que tenien fotosíntesi sense oxigen com a subproducte. En canvi, el seu subproducte és el sofre. Això es va demostrar quan es van establir per primera vegada les reaccions dels bacteris a diferents concentracions d'oxigen. S'ha trobat que els bacteris s'allunyen ràpidament del més mínim rastre d'oxigen. Després van fer un experiment on van utilitzar un plat de bacteris, i la llum es va enfocar en una part, i l' altra es va deixar a les fosques. Com que els bacteris no poden sobreviure sense llum, es mouen al cercle de la llum. Si el subproducte de la seva vida fos l'oxigen, les distàncies entre individus augmentarien a mesura que augmentava la quantitat d'oxigen. Però a causa del comportament dels bacteris morats i verds a la llum focalitzada, es va concloure que el subproducte de la fotosíntesi bacteriana no podia ser l'oxigen.
Els investigadors han suggerit que alguns bacteris morats actuals estan associats amb mitocondris, bacteris simbiòtics de cèl·lules vegetals i animals que actuen com a orgànuls. La comparació de la seva estructura proteica mostra que hi ha un avantpassat comú d'aquestes estructures. Els bacteris verds porpra i els heliobacteris també tenen una estructura similar.
Bacteris del sofre (bacteris del sofre)
Els bacteris porpra del sofre (PSB) formen part del grup dels proteobacteris capaços de fer la fotosíntesi, conegut col·lectivament com a bacteris morats. Són anaeròbics o microaeròfils i sovint es troben en ambients aquàtics estratificats, com ara aigües termals, piscines estancades i agregacions microbianes en zones d'aigua alta. A diferència de les plantes, les algues i els cianobacteris, els bacteris de sofre porpra no utilitzen l'aigua com a agent reductor i, per tant, no produeixen oxigen. En canvi, poden utilitzar sofre en forma de sulfur o tiosulfat (i algunes espècies també poden utilitzar H2, Fe2+ o NO2-) com a donant d'electrons en les seves vies de fotosíntesi. El sofre s'oxida per produir grànuls de sofre elemental. Aquest, al seu torn, es pot oxidar per formar àcid sulfúric.
Classificació
El grup de bacteris morats es divideix en dues famílies: Chromatiaceae i Ectothiorhodospiraceae, que produeixen grànuls de sofre interns i externs respectivament i mostren diferències en l'estructura de les seves membranes internes. Formen part de l'ordre Chromatiales, inclòs a la divisió gamma Proteobacteria. El gènere Halothiobacillus també s'inclou a Chromatiales a la seva pròpia família, però no és fotosintètic.
Hàbitats
Els bacteris de sofre porpra es troben normalment a les zones anòxiques il·luminades dels llacs i altres hàbitats aquàtics on s'acumula el sulfur d'hidrogen,i també en "fonts de sofre" on el sulfur d'hidrogen produït de forma geoquímica o biològica pot provocar la floració de bacteris de sofre porpra. La fotosíntesi requereix condicions anòxiques; aquests bacteris no poden prosperar en entorns oxigenats.
Els llacs meromíctics (estratificats permanentment) són els més favorables per al desenvolupament de bacteris de sofre morat. S'estratifiquen perquè tenen aigua més densa (normalment fisiològica) al fons i menys densa (generalment aigua dolça) més a prop de la superfície. El creixement dels bacteris de sofre morat també es recolza en capes als llacs holomictics. Estan estratificats tèrmicament: durant la primavera i l'estiu, l'aigua superficial s'escalfa, fent que l'aigua superior sigui menys densa que la inferior, la qual cosa proporciona una estratificació força estable per al creixement de bacteris de sofre morat. Si hi ha prou sulfat per suportar la sulfatació, el sulfur format al sediment es difon cap amunt en aigües de fons anòxiques on els bacteris de sofre porpra poden formar masses cel·lulars denses.
Clústers
També es poden trobar bacteris de sofre porpra i són un component destacat en les agregacions microbianes intermèdies. Clústers com la catifa microbiana Sippewissett tenen un entorn dinàmic a causa del flux de marees i l'entrada d'aigua dolça, donant lloc a entorns estratificats de manera similar als llacs meromictics. Creixement de bacteris de sofre porpras'activa a mesura que s'aporta sofre a causa de la mort i descomposició dels microorganismes situats a sobre d'ells. L'estratificació i la font de sofre permet que el PSB creixi en aquestes conques de marea on es produeixen agregacions. El PSB pot ajudar a estabilitzar els sediments microbians mitjançant la secreció de substàncies polimèriques extracel·lulars que poden unir els sediments a les conques hidrogràfiques.
Ecologia
Els bacteris de sofre porpra són capaços d'influir en el medi ambient promovent el cicle dels nutrients, utilitzant el seu metabolisme per canviar el medi ambient. Poden tenir un paper important en la producció primària en influir en el cicle del carboni mitjançant la fixació del carboni. Els bacteris de sofre porpra també contribueixen a la producció de fòsfor al seu hàbitat. A través de l'activitat vital d'aquests organismes, el fòsfor, que limita el nutrient a la capa òxica dels llacs, es recicla i es proporciona a bacteris heteròtrofs per al seu ús. Això indica que, tot i que els bacteris de sofre porpra es troben a la capa anòxica del seu hàbitat, són capaços d'estimular el creixement de molts organismes heteròtrofs aportant nutrients inorgànics a la capa d'òxid esmentada anteriorment.
