ACIDOFIILIT: OMINAISUUDET, ESIMERKIT MIKRO-ORGANISMEISTA, SOVELLUKSET - BIOLOGIA - 2025

Happofiiliset organismit ovat erään tyyppisiä mikro-organismeja (prokaryoottisia tai eukaryoottisia), jotka kykenevät lisääntymään ja elämään ympäristöissä, joiden pH-arvot ovat alle 3. Itse asiassa termi acidophilus tulee kreikan kielestä ja tarkoittaa "hapan rakastaja".

Nämä ympäristöt voivat johtua tulivuoren toiminnoista vapauttamalla rikkihaitoista rikkipitoisia kaasuja tai metallioksidiseosta. Lisäksi ne voivat olla itse organismien aktiivisuuden tai aineenvaihdunnan tuotetta, jotka hapottavat omaa ympäristöään selviytyäkseen.

Rio Tinton happamat vedet toimivat elinympäristönä monille happo-phile-mikro-organismeille, jotka antavat sille ominaisen värin. Kirjoittaja Antonio de Mijas, Espanja, Wikimedia Commonsista.

Tähän luokkaan luokitellut organismit kuuluvat myös suureen joukkoon ekstremofiilisiä organismeja, koska ne kasvavat ympäristöissä, joiden pH on erittäin hapan. Missä suurin osa soluista ei pysty selviytymään.

Lisäksi on tärkeää korostaa, että tällä organismiryhmällä on suuri merkitys ekologisesta ja taloudellisesta näkökulmasta.

Yleispiirteet, yleiset piirteet

Kilpailu, saalistus, keskinäisyys ja synergia

Suurin osa happofiilisistä organismeista kasvaa ja elää hapen läsnä ollessa. On kuitenkin todisteita acidophiluksesta, joka voi kehittyä sekä hapen poissa ollessa että läsnä ollessa.

Lisäksi nämä organismit luovat erityyppisiä vuorovaikutuksia muiden organismien kanssa, kuten kilpailu, saalistus, keskinäisyys ja synergia. Esimerkki ovat acidophiluksen sekoitetut viljelmät, joilla on suurempi kasvu ja tehokkuus rikkim mineraalien hapetuksessa kuin yksittäisillä viljelmillä.

Närästys, ratkaistava ongelma

Acidofiileillä näyttää olevan erottuvat rakenteelliset ja toiminnalliset ominaisuudet, jotka sallivat niiden neutraloida happamuuden. Näitä ovat erittäin läpäisemättömät solukalvot, korkea sisäinen säätelykapasiteetti ja ainutlaatuiset kuljetusjärjestelmät.

Koska happofiilit asuvat ympäristössä, jossa protonien pitoisuus on korkea, he ovat kehittäneet pumppajärjestelmiä, jotka vastaavat protonien karkottamisesta ulkopuolelle. Tämän strategian avulla saavutetaan, että bakteerien sisätiloissa on hyvin lähellä neutraaleja oleva pH.

Acidofiiliset organismit ovat kehittäneet protonipumppujen järjestelmän, jonka avulla ne voivat pumpata protoneja ulospäin ja pitää solunsisäisen pH: n lähellä neutraalia. Tekijä PhilMacD, kirjoittanut Wikimedia Commons.

Kaivoksissa, joissa on runsaasti rikkihappopitoisuuksia, on kuitenkin löydetty mikro-organismeja, joilla ei ole soluseinää, mikä osoittaa, että jopa ilman tätä suojaa, ne altistetaan suurille protonipitoisuuksille.

Toisaalta äärimmäisistä olosuhteista johtuen, joille tämäntyyppiset mikro-organismit altistetaan, niiden on taattava, että kaikki heidän proteiininsa ovat toimivia eikä denaturoitu.

Tätä varten syntetisoidut proteiinit ovat suurimolekyylipainoisia, joten niitä muodostavien aminohappojen välillä on enemmän sidoksia. Tällä tavalla sidosten katkeamisesta on vaikeampaa ja proteiinirakenteelle annetaan suurempi stabiilisuus.

Korkea kalvon läpäisemättömyys

Kun protonit saapuvat sytoplasmaan, happofiilisten organismien on toteutettava menetelmiä, joiden avulla ne voivat lievittää alennetun sisäisen pH: n vaikutuksia.

PH-arvon ylläpitämisen kannalta happofiileillä on läpäisemätön solukalvo, joka rajoittaa protonien pääsyä sytoplasmaan. Tämä johtuu tosiasiasta, että arhaea happofiilien kalvo koostuu muun tyyppisistä lipideistä kuin bakteereissa ja eukaryoottisissa solumembraaneissa.

Arkeassa fosfolipideillä on hydrofobinen (isopenoidinen) alue ja polaarinen alue, joka koostuu glyserolirungosta ja fosfaattiryhmästä. Joka tapauksessa liitos johtuu eetterisidoksesta, joka aiheuttaa suuremman vastuskyvyn, etenkin korkeissa lämpötiloissa.

Lisäksi joissain tapauksissa arhaalla ei ole kaksikerroksisia, vaan pikemminkin kahden hydrofobisen ketjun liitoksen tuote. Ne muodostavat yksikerroksen, jossa kahden polaarisen ryhmän ainoa molekyyli antaa heille suuremman vastuskyvyn.

Toisaalta, huolimatta siitä, että fosfolipidit, jotka muodostavat bakteerien ja eukaryoottien kalvot, säilyttävät saman rakenteen (hydrofobinen ja polaarinen alue), sidokset ovat esterityyppisiä ja muodostavat lipidikaksoiskerroksen.

-

Happofiiliset organismit ovat potentiaalisesti tärkeitä evoluutiossa, koska niiden alhainen pH-arvo ja metallirikkaat olosuhteet, joissa ne kasvavat, ovat saattaneet olla samanlaisia ​​kuin vedenalaisten vulkaanisten olosuhteiden varhaisessa maapallossa.

Siten happofiiliset organismit voisivat edustaa alkuperäisiä jäänteitä, joista kehittyi monimutkaisempi elämä.

Lisäksi, koska aineenvaihduntaprosessit ovat saattaneet alkaa sulfidimineraalien pinnalta, näiden organismien DNA: n strukturointi olisi voinut tapahtua happamassa pH: ssa.

Säätely happofiilisissä organismeissa

PH: n säätely on välttämätöntä kaikille organismeille, tästä syystä happofiileillä on oltava solunsisäinen pH lähellä neutraaleja.

Happofiiliset organismit kykenevät kuitenkin sietämään usean suuruusluokan pH-gradienteja verrattuna organismeihin, jotka kasvavat vain lähellä neutraaleja olevia pH-arvoja. Esimerkki on Thermoplasma acidophilum, joka kykenee elää pH: ssa 1,4 pitäen sisäisen pH: n 6,4: ssa.

Mielenkiintoinen asia happofiilisissä organismeissa on, että ne hyödyntävät tätä pH-gradienttia hyödyntääkseen tuottaa energiaa protonin käyttövoiman kautta.

Esimerkkejä happofiilisistä mikro-organismeista

Happofiiliset organismit jakautuvat pääasiassa bakteereihin ja arhaeaan, ja ne edistävät lukuisia biogeokemiallisia syklejä, joihin sisältyy rauta- ja rikkisyklejä.

Ensimmäisten joukossa on Ferroplasma acidarmanus, joka on kaari, joka kykenee kasvamaan ympäristöissä, joiden pH on lähellä nollaa. Muita prokaryootteja ovat Picrophilus oshimae ja Picrophilus torridus, jotka ovat myös termofiilisiä ja kasvaa japanilaisten tulivuorenkraattoreissa.

Meillä on myös joitain happofiilisiä eukaryootteja, kuten Cyanidyum caldariuym, joka kykenee elää pH: ssa lähellä nollaa pitäen solun sisäosan melkein neutraalilla tasolla.

Acontium sylatium, Cephalosporium sp. ja Trichosporon cerebriae, ovat kolme eukaryoottia sieni-valtiosta. Muita yhtä mielenkiintoisia ovat Picrophilus oshimae ja Picrophilus torridus.

Sovellukset

huuhtoutumista

Happofiilisten mikro-organismien tärkeä rooli on niiden bioteknologinen käyttö, erityisesti metallien uuttamisessa mineraaleista, mikä vähentää huomattavasti epäpuhtauksia, joita syntyy perinteisillä kemiallisilla menetelmillä (uutto).

Tämä prosessi on erityisen hyödyllinen kuparin louhinnassa, jossa esimerkiksi Thobacillus sulfolobus voi toimia katalysaattorina ja kiihdyttää hapetuksen aikana muodostuvan kuparisulfaatin hapettumisnopeutta auttaen metallin liukenemisessa.

Ruokateollisuus

Happofiilisissä organismeissa on teollisesti kiinnostavia entsyymejä, jotka ovat haponkestävien entsyymien lähde ja joita voidaan käyttää voiteluaineina.

Elintarviketeollisuudessa amylaasien ja glukoamylaasien tuotantoa käytetään lisäksi tärkkelyksen, leipomon ja hedelmämehujen jalostukseen.

Lisäksi niitä käytetään laajasti proteaasien ja sellulaasien tuotannossa, joita käytetään eläinten rehukomponenteina, ja farmaseuttisten tuotteiden valmistuksessa.

Viitteet

1. Baker-Austin C, Dopson M. Elämä hapossa: pH-homeostaasi happofiileissä. Trendit Microbiol. 2007; 15 (4): 165 - 71.
2. Edwards KJ, Bond PL, Gihring TM, Banfield JF. Arkkipitoinen rautahapettava äärimmäinen hapofiili, tärkeä happojen kaivoksissa. Science. 2000; 287: 1796 - 1799.
3. Horikoshi K. Alkaliphiles: Jotkut tuotteidensa sovellukset bioteknologiaan. Mikrobiologian ja molekyylibiologian arvostelut. 1999; 63: 735 - 750.
4. Kar NS, Dasgupta AK. Pintavarauksen mahdollinen merkitys membraanin organisoinnissa happofiilissä, intialainen. Biokemian ja biofysiikan lehti. tuhatyhdeksänsataayhdeksänkymmentäkuusi; 33: 398 - 402.
5. Macalady JL, Vestling MM, Baumler D, Boekelheide N, Kaspar CW, Banfield JF. Tetraetteriin sidotut membraanin yksikerroksiset pinnat Ferroplasma spp: avain selviytymiseen hapolla. Ekstremofiilejä. 2004; 8: 411-419
6. Madigan MT, Martinko JM, Parker J. 2003. Prokaryoottinen monimuotoisuus: Archea. Julkaisussa: Madigan MT, Martinko JM, Parker J. (toim.). Mikro-organismien Brock-mikrobiologia. Kymmenen painos. Toim. Pearson-Prentice Hall, Madrid, sivut 741-766.
7. Schleper C, Pühler G, Kühlmorgen B, Zillig W. Elämä erittäin matalassa pH: ssa. Nature. tuhatyhdeksänsataayhdeksänkymmentäviisi; 375: 741-742.
8. Wiegel J, Keubrin UV. Alkalitermophiles. Biokemialliset yhdistyskaupat. 2004; 32: 193-198.