Vi khuẩn màu tím là gì? Các vi sinh vật này được tạo sắc tố với chất diệp lục khuẩn a hoặc b cùng với các carotenoid khác nhau tạo cho chúng các màu sắc khác nhau, từ tím, đỏ, nâu và cam. Đây là một nhóm khá đa dạng. Chúng có thể được chia thành hai nhóm: vi khuẩn lưu huỳnh màu tía và vi khuẩn màu tía đơn giản (Rhodospirillaceae). Bài báo Nghiên cứu về Biên giới trong Năng lượng năm 2018 đã đề xuất sử dụng chúng làm tài nguyên sinh học.
Sinh học
Vi khuẩn màu tím hầu hết là quang tự dưỡng, nhưng các loài quang tự dưỡng và quang tự dưỡng cũng được biết đến. Chúng có thể là sinh vật hỗn hợp có khả năng hô hấp hiếu khí và lên men.
Quá trình quang hợp của vi khuẩn màu tím xảy ra ở các trung tâm phản ứng trên màng tế bào, nơi các sắc tố quang hợp (tức là vi khuẩn chlorophyll, carotenoit) và các protein liên kết sắc tố được đưa vào quá trình xâm nhập để tạo thành các túi cụ thể, các ống hoặc các phiến đơn cặp hoặc xếp chồng lên nhau. trang tính. Đây được gọi là màng trong tế bào chất (ICM), có mộtdiện tích bề mặt để tối đa hóa sự hấp thụ ánh sáng.
Vật lý và hóa học
Vi khuẩn màu tím sử dụng sự chuyển điện tử theo chu kỳ do một loạt phản ứng oxy hóa khử gây ra. Các phức hợp thu ánh sáng bao quanh trung tâm phản ứng (RC) thu thập các photon dưới dạng năng lượng cộng hưởng, bắt giữ các sắc tố diệp lục P870 hoặc P960 nằm trong RC. Các electron bị kích thích chu trình từ P870 đến quinon QA và QB, sau đó đi đến cytochrome bc1, cytochrome c2 và trở lại P870. QB quinone bị khử thu hút hai proton tế bào chất và trở thành QH2, cuối cùng bị oxy hóa và giải phóng các proton để được phức hợp cytochrome bc1 bơm vào vùng ngoại chất. Kết quả là sự chia sẻ điện tích giữa tế bào chất và ngoại chất tạo ra động lực thúc đẩy proton được sử dụng bởi ATP synthase để tạo ra năng lượng ATP.
Vi khuẩn màu tím cũng chuyển các điện tử từ các nhà tài trợ bên ngoài trực tiếp đến cytochrome bc1 để tạo ra NADH hoặc NADPH được sử dụng cho quá trình đồng hóa. Chúng là đơn tinh thể vì chúng không sử dụng nước làm chất cho điện tử để sản xuất oxy. Một loại vi khuẩn màu tím, được gọi là vi khuẩn lưu huỳnh màu tía (PSB), sử dụng sulfua hoặc lưu huỳnh làm chất cho điện tử. Một loại khác, được gọi là vi khuẩn không lưu huỳnh màu tím, thường sử dụng hydro làm chất cho điện tử, nhưng cũng có thể sử dụng sulfua hoặc các hợp chất hữu cơ ở nồng độ thấp hơn so với PSB.
Vi khuẩn màu tímkhông có đủ hạt mang điện tử bên ngoài để khử NAD (P) + thành NAD (P) H một cách tự nhiên, vì vậy chúng phải sử dụng quinon khử của chúng để khử NAD (P) + enang một cách tự nhiên. Quá trình này được thúc đẩy bởi động lực của proton và được gọi là dòng chuyển động ngược của các electron.
Lưu huỳnh thay vì oxy
Vi khuẩn không lưu huỳnh màu tím là vi khuẩn đầu tiên được phát hiện có khả năng quang hợp mà không cần oxy như một sản phẩm phụ. Thay vào đó, sản phẩm phụ của chúng là lưu huỳnh. Điều này đã được chứng minh khi phản ứng của vi khuẩn với các nồng độ oxy khác nhau lần đầu tiên được thiết lập. Vi khuẩn đã nhanh chóng di chuyển khỏi dấu vết nhỏ nhất của oxy. Sau đó, họ thực hiện một thí nghiệm trong đó họ sử dụng một đĩa vi khuẩn, và ánh sáng tập trung vào một phần của nó, và phần kia được để trong bóng tối. Vì vi khuẩn không thể tồn tại nếu không có ánh sáng, chúng di chuyển vào vòng tròn ánh sáng. Nếu sản phẩm phụ trong cuộc sống của chúng là oxy, thì khoảng cách giữa các cá thể sẽ trở nên lớn hơn khi lượng oxy tăng lên. Nhưng do hành vi của vi khuẩn màu tím và xanh lá cây trong ánh sáng hội tụ, người ta kết luận rằng sản phẩm phụ của quá trình quang hợp của vi khuẩn không thể là oxy.
Các nhà nghiên cứu đã gợi ý rằng một số vi khuẩn màu tím ngày nay liên kết với ti thể, vi khuẩn cộng sinh trong tế bào động thực vật đóng vai trò như bào quan. So sánh cấu trúc protein của chúng cho thấy có một tổ tiên chung của các cấu trúc này. Vi khuẩn xanh tím và vi khuẩn heliobacteria cũng có cấu trúc tương tự.
Vi khuẩn lưu huỳnh (vi khuẩn lưu huỳnh)
Vi khuẩn lưu huỳnh màu tím (PSB) thuộc nhóm Proteobacteria có khả năng quang hợp, gọi chung là vi khuẩn tía. Chúng kỵ khí hoặc vi sinh và thường được tìm thấy trong các môi trường thủy sinh phân tầng, bao gồm suối nước nóng, hồ nước đọng, và tập hợp vi sinh vật ở các khu vực nước cao. Không giống như thực vật, tảo và vi khuẩn lam, vi khuẩn lưu huỳnh màu tím không sử dụng nước làm chất khử và do đó không tạo ra oxy. Thay vào đó, chúng có thể sử dụng lưu huỳnh ở dạng sulfide hoặc thiosulfate (và một số loài cũng có thể sử dụng H2, Fe2 + hoặc NO2-) như một chất cho điện tử trong quá trình quang hợp của chúng. Lưu huỳnh bị oxy hóa để tạo ra các hạt lưu huỳnh nguyên tố. Đến lượt nó, chất này có thể bị oxy hóa để tạo thành axit sulfuric.
Phân loại
Nhóm vi khuẩn màu tím được chia thành hai họ: Chromatiaceae và Ectothiorhodospiraceae, chúng tạo ra các hạt lưu huỳnh bên trong và bên ngoài tương ứng và cho thấy sự khác biệt về cấu trúc của màng bên trong của chúng. Chúng tạo thành một phần của bộ Cromatiales, bao gồm trong Proteobacteria phân chia gamma. Chi Halothiobacillus cũng được bao gồm trong Chromatiales trong họ riêng của nó, nhưng nó không có khả năng quang hợp.
Môi trường sống
Vi khuẩn lưu huỳnh màu tím thường được tìm thấy trong các khu vực thiếu khí được chiếu sáng của hồ và các môi trường sống dưới nước khác, nơi tích tụ hydro sunfua,và cả trong các "suối lưu huỳnh" nơi hydro sunfua được tạo ra về mặt địa hóa hoặc sinh học có thể khiến vi khuẩn lưu huỳnh màu tím nở hoa. Quá trình quang hợp cần điều kiện thiếu khí; những vi khuẩn này không thể phát triển trong môi trường có oxy.
Hồ
Meromictic (phân tầng vĩnh viễn) là điều kiện thuận lợi nhất cho vi khuẩn lưu huỳnh màu tím phát triển. Chúng phân tầng vì chúng có nước đặc hơn (thường là sinh lý) ở đáy và ít đặc hơn (thường là nước ngọt) ở gần bề mặt. Sự phát triển của vi khuẩn lưu huỳnh màu tím cũng được hỗ trợ bởi sự phân lớp trong các hồ holomictic. Chúng được phân tầng nhiệt: trong suốt mùa xuân và mùa hè, nước bề mặt nóng lên, làm cho phần nước phía trên ít đặc hơn phần nước phía dưới, điều này tạo ra sự phân tầng khá ổn định cho sự phát triển của vi khuẩn lưu huỳnh màu tím. Nếu có đủ sunfat để hỗ trợ quá trình sunfua hóa, thì sunfua hình thành trong trầm tích sẽ khuếch tán lên vùng nước đáy thiếu khí nơi vi khuẩn lưu huỳnh màu tím có thể hình thành các khối tế bào dày đặc.
Cụm
Vi khuẩn lưu huỳnh màu tím cũng có thể được tìm thấy và là thành phần nổi bật trong các tập hợp vi sinh vật trung gian. Các cụm như thảm vi sinh Sippewissett có môi trường năng động do dòng chảy của thủy triều và nước ngọt chảy vào, dẫn đến môi trường phân tầng tương tự như các hồ meromictic. Sự phát triển của vi khuẩn lưu huỳnh màu tímđược kích hoạt khi lưu huỳnh được cung cấp do sự chết và phân hủy của các vi sinh vật nằm phía trên chúng. Sự phân tầng và nguồn cung cấp lưu huỳnh cho phép PSB phát triển trong các lưu vực thủy triều này, nơi xảy ra sự kết tụ. PSB có thể giúp ổn định trầm tích của vi sinh vật thông qua việc bài tiết các chất cao phân tử ngoại bào có thể kết dính trầm tích trong các lưu vực.
Hệ sinh thái
Vi khuẩn lưu huỳnh màu tím có khả năng ảnh hưởng đến môi trường bằng cách thúc đẩy chu trình dinh dưỡng, sử dụng sự trao đổi chất của chúng để thay đổi môi trường. Chúng có thể đóng một vai trò quan trọng trong sản xuất sơ cấp bằng cách ảnh hưởng đến chu trình carbon thông qua quá trình cố định carbon. Vi khuẩn lưu huỳnh màu tím cũng góp phần sản xuất phốt pho trong môi trường sống của chúng. Thông qua hoạt động quan trọng của các sinh vật này, phốt pho, chất hạn chế chất dinh dưỡng trong lớp ô nhiễm của hồ, được tái chế và cung cấp cho vi khuẩn dị dưỡng sử dụng. Điều này chỉ ra rằng mặc dù vi khuẩn lưu huỳnh màu tím được tìm thấy trong lớp thiếu khí của môi trường sống, nhưng chúng có thể kích thích sự phát triển của nhiều sinh vật dị dưỡng bằng cách cung cấp chất dinh dưỡng vô cơ cho lớp ôxít nói trên.
