Чего мы не знали о пурпурных бактериях – разноцветных производителях водорода

Из бактерий в источниках Арзни и Джермука можно получать водород

AnalitikaUA.net. Из минеральных источников Арзни и Джермука выделены анаэробные пурпурные бактерии, позволяющие получать водород. Об этом заявил в беседе с корреспондентом NEWS.

am заведующий кафедрой микробиологии и биотехнологии растений и микробов Ереванского госуниверситета, член-корреспондент Национальной академии наук Армении, доктор биологических наук, профессор Армен Трчунян.

Группа под руководством ученого более полутора десятка лет занимается биологическим производством водорода. Биологическому получению водорода в последние годы отдается предпочтение перед более затратным электролизом воды.

Целевой группой микроорганизмов в этой отрасли являются анаэробные кишечные бактерии, часть из них, в качестве продукта жизнедеятельности, выделяет водород. Среди них – штаммы кишечной палочки (E. coli). Разработки последних лет – как Трчуняна, так и его зарубежных коллег – могут полностью изменить отношение к многолетнему обитателю кишечника.

Вторым перспективным источником топлива считаются пурпурные бактерии, названные так из-за окраски, которую придают среде (в частности, водоемам: на фото — один из источников, где их обнаружили). Эти бактерии осуществляют особый фотосинтез в бескислородных условиях – «фото-ферментацию».

, затем — в американском специализированном журнале International Journal of Hydrogen Energy и других престижных зарубежных изданиях в 2009-2013 гг.

«Фермент гидрогеназа, который содержится в этих бактериях, ведет себя по-разному. Одни его виды выделяют водород, другие, напротив, поглощают его из среды и окисляют, превращая в конечном счете в воду.

Вместе с коллегами из США, во главе с профессором Томасом Вудом из Техасского, а затем Пенсильванского университета, а также немецкими коллегами во главе с профессором Гари Соверсом из университета Галле, мы смогли идентифицировать гидрогеназы, ответственные за выделение водорода.

Путем генноинженерных экспериментов мы составили цепочки из нужных нам «производящих» ферментов в организме бактерии. Смоделировав благоприятные внешние условия, наши американские коллеги получили штаммы кишечных бактерий, производящих водород до 140 (!) раз интенсивнее обычных», – заявил А. Трчунян.

Промышленно ценными могут стать не только синтезированные, но и естественные запасы водорода биологического происхождения. В 2012 г.

в Батуми под эгидой НАТО состоялось специальное рабочее совещание по проблемам источников водорода Черноморского бассейна, на которое был приглашен и выступил с докладом А. Трчунян.

«Одной из тем обсуждения стали пласты бактериального водорода на глубине в несколько десятков метров – в слоях воды, бедных кислородом. Запасы этих пластов значительны. Но не нужно забывать, что этот источник – возобновляемый, что можно регулировать с помощью бактерий.

Все это вызвало широкий интерес: в совещании принимали участие и специалисты из стран, далеких от Черноморского бассейна – например, из арабских нефтедобывающих стран. Обсуждалась и перспектива откачки водорода вышками — в этих обсуждениях, в частности, приняли участие и ученые из Азербайджана», – отметил микробиолог.

Поиски аналогичных пластов, отмечает профессор, можно провести и в глубинных слоях Севана, но микробиологическое состояние озера пока изучено слабо. «В Армении нет аппаратуры для сбора проб микроорганизмов с нескольких десятков метров. Поэтому бактериальный мир Севана изучен пока только на первые несколько метров от поверхности», – добавил ученый.

Сейчас, когда перспективность бактериального водорода завоевывает признание, важность приобретают поиски дешевого «корма» для бактерий. Высокие лабораторные результаты группа Трчуняна получила на глюкозе, органических кислотах и достаточно дешевом глицерине.

В качестве других источников сырья рассматриваются сельскохозяйственные отходы (шрот масличных культур и сои). Но экономически наиболее перспективное сырье – бытовые отходы и сточные воды, которые, в отличие от сельскохозяйственных отходов, практически никак не используются.

Напротив, все думают о том, как дешевле от них избавиться.

Здесь нелишне будет напомнить, что аэрационная станция очистки сточных вод Еревана не действует уже многие годы. А о других городах страны нечего и говорить. Ученые пока не предлагали свою технологию операторам водоснабжения Армении. «Если частный сектор сочтет наши технологии перспективными, мы готовы с ними сотрудничать», – заявил А. Трчунян.

Такие разработки ведет группа ученых из нескольких университетов Великобритании. «Сходную технологию, с рядом различий, изучаем и разрабатываем и мы.

Фактически, мы делаем первые шаги по переработке обычной грязи в ценное топливо», – подытожил ученый.

Источник: http://analitikaua.net/2013/iz-bakteriy-v-istochnikah-arzni-i-dzhermuka-mozhno-poluchat-vodorod/

Пурпурные и зеленые бактерии

 

Фототрофные бактерии, осуществляющие аноксигенный фотосинтез, де­лятся на две большие группы: пурпурные бактерии (Rhodospirillales) и зеленые бактерии (Chlorobiales). Представители этих двух порядков значительно различаются по своим цитологическим и физиологическим признакам, а также по характерным для них пигментам (табл. 12.1; рис. 12.1, 12.6 и 12.10).

Пурпурные бактерии (Rhodospirillales)

Общим для всех представителей Rhodospirillales является то, что их фо­тосинтетический аппарат (светособирающие системы и реакционные центры) находится на внутренних мембранах (тилакоидах), образую­щихся из впячиваний плазматической мембраны (см. рис. 2.23 и 2.24).

Морфология тилакоидных структур может сильно варьировать у раз­ных видов. Различают везикулярные, трубчатые и пластинчатые формы (см. рис. 2.24).

Все эти бактерии способны фиксировать С02 в рибулозобисфосфатном цикле и использовать органические соединения как доноры водорода и (или) источники углерода.

По способности использовать в качестве донора электронов элемен­тарную серу в группе пурпурных бактерий выделяют два семейства: пурпурные серные бактерии, или Chromatiaceae (прежнее название-Thio-rhodaceae), и пурпурные несерные бактерии, или Rhodospirillaceae (преж­нее название – Athiorhodaceae)1.

Пурпурные серные бактерии (Chromatiaceae). Большинство пурпурных серных бактерий (пурпурных серобактерий) можно легко распознать по внутриклеточным включениям серы в виде сильно преломляющих свет шариков (см. рис. 2.43, 12.2 и 12.3).

Chromatium okenii (толщиной 5 мкм и длиной 20 мкм) и Thiospirillum jenense (толщиной 3,5 мкм и длиной 50 мкм)-гиганты среди бактерий (рис. 12.1, 12.2 и 12.3). Они давно уже привлекали к себе внимание микроскопистов; на них изучают движение с помощью жгутиков, а также двигательные реакции на различные раз­дражители.

Chromatium warmingii отличается от С. okenii несколько меньшими размерами клеток и полярным расположением включений серы. Крупные представители этого рода имеют форму почки, а мел­кие-коротких палочек. К ним относится и Chromatium vinosum, штамм D, на котором были проведены важные исследования по бактериальному фотосинтезу.

Таковы сферические подвижные бактерии Lamprocystis roseopersicina, а также неподвижные формы – Amoebobacter (сферические клетки), Thiopedia (эллипсоидные клетки), Thiodictyon (па­лочковидные клетки).

Характерная особенность Chromatiaceae-то, что во время окисления

H2S в их клетках в качестве промежуточного продукта откладывается сера. Представители Ectothiorhodospira (E. mobilis, E. halophila) отклады­вают серу не в цитоплазме, а вне клеток и там же окисляют ее далее до сульфата.

Chromatiaceae обладают везикулярными тилакоидами (хроматофо-рами), которые обычно заполняют всю клетку. В настоящее время из­вестны лишь два исключения: у видов Ectothiorhodospira тилакоиды образуют стопки ламелл, а у Thiocapsa pfennigii они имеют трубчатую форму.

Пурпурные несерные бактерии (Rhodospirillaceae). Большинство из­вестных бактерий этой группы можно отнести к двум родам. Палочко­образные виды объединяют в род Rhodopseudomonas; названия видов связаны главным образом с их физиологическими признаками: R. palustris, R. viridis, R.

acidophila, R. blastica и R. sulfidophila. Спирилло-видные формы относят к роду Rhodospirillum; по величине и окраске различают виды R. rubrum (рис. 12.4), R. salexigenes, R. fulvum, R. molischianum и R. photometricum. Тилакоидные структуры у пурпурных несерных бактерий весьма разнообразны по форме.

Особое положение среди Rhodospirillaceae занимают Rhodomicrobium vannielii и Rhodocyclus purpureus. Первый из этих видов (рис. 12.

5) раз­множается почкованием; дочерние клетки остаются связанными с мате­ринской клеткой при помощи гифоподобных нитей или же отделяются от нее, образуя клетки с перитрихально расположенными жгутиками.

Rhodocyclus purpureus – единственная неподвижная форма в этом семей­стве; клетки имеют форму полукольца; аппарат фотосинтеза, вероятно, находится в плазматической мембране, у которой можно обнаружить лишь очень небольшие и малочисленные впячивания.

Зеленые бактерии (Chlorobiales)

Для представителей Chlorobiales характерно наличие хлоросом орга-нелл, содержащих пигмент и прилегающих к плазматической мембране. В хлоросомах находится характерный для данной группы бактерий бак-териохлорофилл (Бхл с, d или е)-светособирающий пигмент. Кроме то-

го, эти бактерии имеют и небольшое количество бактериохлорофилла а, который прямо связан с фотосинтетическими реакционными центрами и локализован в плазматической мембране. Зеленые бактерии отли­чаются от пурпурных отсутствием рибулозобисфосфат-карбоксилазы; поэтому они не могут фиксировать СО, в рибулозобисфосфатном цикле.

К семейству Chlorobiaceae (рис. 12.6-12.9) относятся зеленые {Chlorobium vibrioforme и Ch. limicola) и окрашенные в коричневый цвет (С/г. phaeobacteroides) виды, а также формы, образующие звездчатые агрегаты (Prosthecochloris) или сети (Pelodictyon clathratiforme).

Chlorochromatium aggregatum представляет собой симбиотическую ассо­циацию двух видов бактерий: бесцветных хемоорганотрофных палочек, передвигающихся с помощью длинных полярных жгутиков, и их экто-симбионтов-зеленых фототрофных бактерий. Сходную организацию имеет и Pelochromatium roseum с тем отличием, что эктосимбионт окра­шен здесь в коричневый цвет.

Морская бактерия Chloroherpeton thalas-sium отличается от видов Chlorobium нитевидной формой клеток и скользящим движением.

Chloroflexaceae. Фототрофная зеленая бактерия Chloroflexus по своей форме и способу передвижения относится к нитчатым скользящим бактериям, однако содержит бактериохлорофиллы скак обладает хлоро-сомами такого же типа, как у зеленых серобактерий (Chlorobiaceae).

В то же время Chloroflexus отличается от видов Chlorobium своей спо­собностью к аэробному гетеротрофному росту на сложных средах как на свету, так и в темноте. СЫогоПехасеае в отличие от Chlorobiaceae практически неспособны к фотоавтотрофному росту на С02 и Н2. Та­ким образом, эти бактерии являются скорее фотогетеротрофами. С.

aurantiacus-бактерия, широко распространенная во всем мире; это главный компонент зеленого или оранжевого мата на дне ручьев, беру­щих начало от горячих источников.

Источник: http://www.microbiologu.ru/obschaya-mikrobiologiya/fototrofnyie-bakterii-i-fotosintez/purpurnyie-i-zelenyie-bak.html

Бактерия-экстремал выделяет водород

Исследователь обнаружил бактерию, которая в процессе жизнедеятельности выделяет водород

Исследователь из Университета Науки и технологии Миссури обнаружил бактерию, которая в процессе жизнедеятельности выделяет водород – вещество, с которым связываются надежды на развитие энергетики будущего.

Доктор Мелани Мормиль (Dr. Melanie Mormile) и ее коллеги открыли бактерию Halanaerobium hydrogeninformans в озере Соап Лейк (штат Вашингтон).

Открытый микроорганизм может вырабатывать водород, находясь в среде с высокой соленостью и высокой щелочностью.

Мормиль заявляет, что обычно областью ее исследования являются экологические особенности существования микроорганизмов в экстремальных условиях окружающей среды. Однако микроорганизм Halanaerobium hydrogeninformans настолько привлек внимание исследователей, что они решили провести более детальное его исследование.

Мормиль, эксперт по экологии микроорганизмов, обитающих в экстремальных условиях, не вела целевой поиск бактерий, способных к выделению водорода. Она была заинтересована в изучении бактерий, способных к очистке окружающей среды, в особенности – экстермофилов озера Соап Лейк.

К экстермофилам относят организмы, способные существовать при экстремальных температурах, кислотности, щелочности или солености (а также сочетания некоторых из этих факторов).

Первоначально, приступая к изучению Halanaerobium hydrogeninformans, исследователи ожидали описать новый вид бактерий, способных к восстановлению железа.

К удивлению Мормиль, оказалось, что новый вид бактерий способен производить водород и 1,3-пропандиол при высоких значениях pH и высокой степени солености среды – эти его особенности могут оказаться полезными для промышленности.

Водород, производимый искусственно выращиваемыми колониями бактерий Halanaerobium hydrogeninformans, может оказаться полезным в качестве замены углеводородному топливу, а 1,3-пропандиол – сырьем для производства композитных материалов, клеящих и других композитных материалов.

Вместе с тем, также ясно, что открытие нового экстермофила, обладающего столь необычными особенностями метаболизма, а в дальнейшем изучение его генома и метаболизма уже само по себе является важным вкладом в биохимию организмов, эволюционирующих и выживающих в крайне агрессивном окружении.

Источник: http://communitarian.ru/novosti/tehnologii/bakteriya-ekstremal_vydelyaet_vodorod_08022015/

ПОИСК

    У всех фотосинтезирующих организмов, включая высшие растения, фотосинтез протекает в мембранных структурах. У пурпурных бактерий поглощающие свет пигменты (бактериальные хлорофиллы и каротины) встроены в мембраны, которые представляют собой складки наружной клеточной мембраны.

Эти участки имеют характерную структуру и называются хроматофорами. Они состоят из соединяющихся между собой полых пузырьков, параллельно расположенных трубочек или параллельных пластинок (ламелл) диаметр всей структуры — 50—100 нм. У зеленых бактерий пигменты выстилают внутриклеточные пузырьки.

В настоящее время фотосинтезирующие бактерии обитают только в серных источниках и глубоких озерах, но когда-то они были, вероятно, распространены гораздо более широко и являлись единственными фотосинтезирующими организмами на Земле. [c.

25]
    Источником всех видов энергии, используемых в биологических системах, является солнечный свет, а преобразование световой энергии в химическую происходит в ходе уникального и важнейшего для жизни процесса -фотосинтеза.

Способностью к фотосинтезу обладают как эукариоты (высшие зеленые растения, зеленые, бурые и красные водоросли, некоторые одноклеточные организмы), так и прокариоты (синезеленые водоросли, зеленые и пурпурные бактерии). [c.

92]

    Считается, что на ранней стадии существования Земли в атмосфере не было свободного кислорода. Атмосфера была восстановительной и состояла из На, СН , NHз, N2 и Н2О либо только из аммиака и метана. Химическая эволюция органического вещества началась примерно 4 млрд. лет тому назад.

Возникшие гетеротрофные организмы научились использовать солнечный свет, стали независимыми и при дальнейшей эволюции не испытывали недостатка в пище. Эти свойства имеют и некоторые пурпурные бактерии, существующие в настоящее время. Они ведут себя подобно гетеротрофам и используют органические соединения, но содержат также хлорофилл, с помощью которого совершается фотосинтез  [c.61]

    Многие ферменты, катализирующие окислительно-восстановительные реакции, содержат атомы железа. Примером могут служить цито-хромы, присутствующие в каждом живом организме. Они содержат гем-группы, связанные с белком иначе, чем в молекулах миоглобина и гемоглобина.

Интересным является белок, содержащий негемовое железо (так называемый высокопотенциальный железосодержащий белок), выделенный из клеток нескольких видов пурпурных бактерий.

Он может обратимо одноступенчато (путем потери одного электрона) окисляться ионом гексацианоферрат(П1) кислоты [Ре(СК)б] и другими окислителями и, вероятно, катализирует какие-то окислительные процессы, важные для физиологии бактерий. На рисунке, где приведена [c.443]

    Определение трехмерной структуры фотосинтетического реакционного центра у пурпурных бактерий [c.777]

    Все пурпурные бактерии характеризуются сходным строением и функционированием фотосинтетического аппарата. Они могут расти на свету в анаэробных условиях, осуществляя фотосинтез бескислородного типа.

Однако по целому ряду физиологических особенностей, в том числе и по использованию разных соединений в качестве донора электронов при фотосинтезе, между представителями пурпурных бактерий обнаружены значительные различия.

Поэтому на основании ряда физиологических признаков группу подразделяют на пурпурные серные и несерные бактерии. [c.298]

    Ассимиляция солнечной энергии, т.е. превращение световой энергии в химическую, стартует с поглощения кванта света светособирающими молекулами (антеннами) на поверхности мембраны.

Электронное возбуждение безизлучательно передается специальным молекулам внутри мембраны – димерам хлорофилла. Эти димеры хлорофилла входят в состав молекулярных образований, которые называются РЦ фотосинтеза.

РЦ фотосинтеза – это достаточно жесткий молекулярный комплекс (молекулярный аппарат). Далее в РЦ происходит процесс разделения зарядов возбужденный димер хлорофилла отдает электрон первичному акцептору электрона. Этот процесс происходит в пикосекундном диапазоне времен.

Например, в РЦ пурпурной бактерии в качестве первичного акцептора выступает бактериофеофитин, электрон живет сотни пикосекунд на фео-фитине и переносится на первичный хинон Рд. [c.106]

    Пурпурные бактерии бактериохлорофилл а или Ь нет алифатические и арильные бактериохлорофилл а или Ь [c.273]

    У зеленых серобактерий на один реакционный центр приходится до 2000 молекул бактериохлорофилла с, d или е у некоторых пурпурных бактерий — порядка 50 молекул бактериохлорофилла а. [c.279]

    Группа пурпурных бактерий, насчитывающая более 50 видов, представлена одноклеточными организмами разной морфологии (рис. 78). Длина их колеблется от 1 до 20 мкм, щирина — от 0,3 до 6 мкм. Некоторые виды образуют выросты. Среди пурпурных бактерий есть неподвижные и подвижные формы.

Клетки неподвижных форм, размножающихся поперечным делением в разных плоскостях, имеют тенденцию формировать афе-гаты правильной геометрической формы. [c.297]

Рис. 78. Основные морфологические типы пурпурных бактерий

    Некоторые типичные несерные пурпурные бактерии растут при освещении на минеральной среде, используя в качестве донора электронов H2S, тиосульфат или молекулярную серу. В большинстве случаев сульфид окисляется только до молекулярной серы, никогда не откладывающейся в клетке, но в отдельных случаях возможно последующее окисление S° до сульфата. [c.300]

    Два компоненту фотосинтетического аппарата — реакционные центры и электронтранспортные системы — всегда локализованы в клеточных мембранах, представленных ЦПМ и у большинства фотосинтезирующих эубактерий развитой системой внутрицитоплазматических мембран — производных ЦПМ (см. рис. 4). Локализация светособирающих пигментов в разных группах фотосинтезирующих эубактерий различна (табл. 22). У пурпурных бактерий, гелиобактерий и прохлорофит светособирающие пигменты в виде комплексов с белками интегрированы в мембраны (рис. 72, А). В клетках зеленых бактерий и цианобактерий основная масса све-тособирающих пигментов находится в особых структурах, прикрепленных к поверхности мембраны, но не являющихся ее компонентом. Это хлоросомы зеленых бактерий и фикобилисомы цианобактерий (см. рис. 4). [c.274]

    Иногда в нефтяных водах наблюдается более или менее определенно выраженное окрашивание. Так, на промысле им. Орджоникидзе в Баку буровые воды надкирмакинской свиты на западном крыле складки окрашены в специфически розовый цвет. По В. Т. Малышеку, такая окраска обусловлер а присутствием аэробных пурпурных бактерий. [c.110]

    Ван Нил> (1941) исследовал метаболизм пурпурных бактерий и подтвердил, что им действительно необходим свет для роста. Так, В.

ТЫогкокасеае могут развиваться в среде, содержащей способные окисляться неорганические соедщ ения серы и бикарбонат как источник двуокиси углерода, но только при облучении.

    То, ЧТО общее уравнение реакции справедливо и для пурпурных бактерий (например, АШогкойайасеае), для которых в качестве субстрата требуется органическое вещество, было установлено тогда, когда был найден тип бактерий, которые при восстановлении 1 моль двуокиси углерода окисляли 2 моль изопропилового спирта  [c.581]

    Стереоскопическое изображение пространственного расположения а-атомов углерода 85 аминокислотных остатков и группы Fe4Sg в высокапотенциальном белке пурпурных бактерий. [c.444]

    При замещении парамагнитного иона железа диамагнитным ионом цинка, в экспериментах по ЭПР пурпурных бактерий наблюдается сигнал от пары дырка на доноре и электрон на первичном хиноне Рд.

Время жизни электрона на бактериофеофитине мало (280 пс), что крайне затрудняет наблюдение первичной пары Р+А7 в ЭПР экспериментах. В хорошем приближении можно пренебречь спиновой динамикой в очень ко-роткоживущей первичной паре Р А7.

Это означает, что к моменту переноса электрона на хинон пара Р А7 практически остается в том же самом, синглетном, состоянии, в котором она образовалась. [c.107]

    Фотохимическое образование бактериями Нг является только одним из примеров разнообразных процессов фотометаболизма в фотосинтезирующих организмах [132а]. Другим примером такого рода служит происходящее под действием света поглощение ацетата пурпурными бактериями с превращением его в поли-р-оксибугират. [c.61]

    У прокариот известны три типа фотосинтеза I — зависимый от бактериохлорофилла бескислородный фотосинтез, осуществляемый группами зеленых, пурпурных бактерий и гелиобактерий II — зависимый от хлорофилла кислородный фотосинтез, свойственный цианобактериям и прохлорофитам III — зависимый от бактериородопсина бескислородный фотосинтез, найденный у экстремально галофильных архебактерий. В основе фотосинтеза I и II типа лежит поглощение солнечной энергии различными пигментами, приводящее к разделению электрических зарядов, возникновению восстановителя с низким и окислителя с высоким окислительно-восстановительным потенциалом. Перенос электронов между этими двумя компонентами приводит к выделению свободной энергии. В фотосинтезе III типа окислительно-восстановительные переносчики отсутствуют. В этом случае энергия в [c.96]

    В большинстве фотосинтезирующих бактерий обнаружены бактериохлорофиллы (БХ), отличающиеся от X. а типом макроцикла и замещающими фуппами в цикле. Они имеют несколько модификаций так, из пурпурных бактерий вьщелены БХ а и Ь, из зеленых бактерий – БХ а, с, и е, из серных бактм)ий – БХ с, й и е обнадтаены также фотосинтезирующие бактерии, содержащие БХ [c.291]

    Пурпурные бактерии Пурпурные бактерии Азотфиксируюшие бактерии Зеленые и бурые бактерии Зеленые и бурые бактерии Зеленые я бурые бактерии [c.292]

    Среди внутрицитоплазматических мембран вьщеляют несколько видов (табл. 4). Развитая система внутрицитоплазматических мембран характерна для большинства фотосинтезирующих эубактерий. Поскольку было показано, что в этих мембранах локализован фотосинтетический аппарат клетки, они получили общее название фотосинтетических мембран.

Все фотосинтетические мембраны (как и все внутриклеточные) — производные ЦПМ, возникшие в результате ее разрастания и глубокого впячивания (инвагинации) в цитоплазму. У некоторых организмов (пурпурные бактерии) фотосинтетические мембраны сохранили тесную связь с ЦПМ, легко обнаруживаемую при электронно-микроскопическом изучении ультратонких срезов клетки.

У цианобактерий эта связь менее очевидна. Одни авторы считают, что связь фотосинтетических мембран с ЦПМ у цианобактерий всегда существует, но трудно выявляется, поскольку редко попадает в плоскость среза препарата.

По другому мнению, фотосинтетические мембраны цианобактерий — структуры, возникшие первоначально из ЦПМ, но впоследствии отделившиеся от нее и являющиеся в настоящее время автономными клеточными компонентами. [c.52]

    Наиболее разнообразен состав каротиноидных пигментов у пурпурных бактерий, из которых выделено свыше 50 каротиноидов. В клетках большинства пурпурных бактерий содержатся только алифатические каротиноиды, многие из которых принадлежат к группе ксантофиллов.

Структурные формулы некоторых характерных для пурпурных бактерий каротиноидов представлены на рис. 70, 2—5. Набор и количество отдельных каротиноидов определяют окраску пурпурных бактерий, густые суспензии которых имеют пурпурно-фиолетовый, красный, розовый, коричневый, желтый цвета.

 [c.269]

    Пурпурные бактерии Зеленые бактерии Гелиобактерии Цианобактерии [c.274]

    У несерных пурпурных бактерий развиты контакты с молекулярным кислородом. У них имеются ферментные системы защиты от О2. Все несерные пурпурные бактерии способны расти хемот-рофно в микроаэробных условиях, хотя не все из них могут переносить атмосферное содержание О2.

Уже в достаточно низких концентрациях [c.300]

    А — пурпурные бактерии Б — зеленые серобактерии В — цианобактерии.

Хл — хлорофилл бхл — бактериохлорофилл феоф — феофитин бфеоф — бактериофитин ФС — фотосистема Ре8 — железосеросодержащий белок Фд — ферредоксин Фп — флавопротеин ПХ — пластохинон МХ — менахинон УХ — убихинон ПЦ — пластоцианин Ь, с, / — цитохромы.

Прямоугольниками обведены компоненты реакционного центра, овалом — компоненты электронного транспорта, связанные с мембраной. Двойной стрелкой обозначены перемещения электрона в реакционном центре [c.283]

    Восстановительный пентозофосфатный цикл, или цикл Кальвина, являющийся основным путем фиксации СО2 у всех высших фотосинтезирующих организмов, функционирует уже в группе пурпурных бактерий. У цианобактерий и прохлорофит это также основной путь фиксации СО2.

Что в этом цикле нового, существенно отличающего его от всех реакций фиксации СО2 как гетеротрофной природы, так и функционирующих в восстановительном ЦТК Новая химическая природа акцептора.

Акцепторами СО2 во всех до сих пор описанных реакциях были органические кислоты в обычной или активированной форме. В этом цикле впервые акцептором СО2 выступает вещество углеводной природы — активированная молекула пентозы. [c.294]

    Все пурпурные бактерии окращиваются отрицательно по Граму и, следовательно, имеют сложное строение клеточной стенки. Для клеток характерна хорощо развитая система внутрицитоплазматических фотосинтетических мембран, являющихся производными [c.297]

    ЦПМ и сохранивших с ней отчетливо наблюдаемую связь. Мембраны имеют вид отдельных пузырьков, трубок или пластинок (ламелл), располагаюшихся по периферии клетки (см. рис. 4), и представляют вместе с ЦПМ единую систему.

Подобно многим обитающим в толще воды эубактериям в клетках некоторых неподвижных пурпурных бактерий содержатся газовые вакуоли. В качестве запасных веществ обнаружены углевод типа гликогена и поли-Р-оксимасляная кислота. Группа пурпурных бактерий довольно гетерогенна в отношении нуклеотидного состава ДНК.

Молярное содержание ГЦ-оснований колеблется от 45 до 73 %, хотя у большинства представителей оно находится в пределах 61 — 73 %. [c.298]

    Среди представителей рода Rhodoba ter обнаружена способность расти в анаэробных условиях за счет окисления органических соединений, сопряженного с транспортом электронов на нитраты (анаэробное дыхание).

300]

    Основные физиолого-биохимические различия между серными и иесериыми пурпурными бактериями [c.301]

Органическая химия. Т.2 (1970) — [ c.592 , c.594 ]

Общая микробиология (1987) — [ c.45 , c.46 , c.47 , c.70 , c.73 , c.75 , c.126 , c.189 , c.366 , c.367 , c.368 , c.369 , c.370 , c.371 , c.376 , c.377 , c.378 , c.379 , c.380 , c.381 , c.506 ]

Органическая химия Углубленный курс Том 2 (1966) — [ c.567 , c.568 ]

Фотосинтез 1951 (1951) — [ c.18 , c.103 , c.104 ]

Микробиология (2006) — [ c.187 , c.203 , c.326 , c.328 ]

Биология Том3 Изд3 (2004) — [ c.16 ]

Введение в биомембранологию (1990) — [ c.122 ]

Источник: https://www.chem21.info/info/38023/

Microbiology

Фототрофные
бактерии, осуществляющие аноксигенный фотосинтез, де лятся на две большие
группы: пурпурные бактерии (Rhodospirillales) и зеленые бактерии
(Chlorobiales). Представители этих двух порядков значительно различаются по
своим цитологическим и физиологическим признакам, а также по характерным для
них пигментам (табл. 12.1; рис. 12.1, 12.6 и 12.10).

Пурпурные
бактерии (Rhodospirillales)

Общим для
всех представителей Rhodospirillales является то, что их фо тосинтетический
аппарат (светособирающие системы и реакционные центры) находится на внутренних
мембранах (тилакоидах), образую щихся из впячиваний плазматической мембраны.

Морфология
тилакоидных структур может сильно варьировать у раз ных видов. Различают
везикулярные, трубчатые и пластинчатые формы.

Типичным для
данной группы бактерий хлорофиллом является (за немногими исключениями)
бактериохлорофилл а.

 Все эти бактерии способны фиксировать С02 в
рибулозобисфосфатном цикле и использовать органические соединения как доноры
водорода и (или) источники углерода.

По
способности использовать в качестве донора электронов элемен тарную серу в
группе пурпурных бактерий выделяют два семейства: пурпурные серные
бактерии, или Chromatiaceae (прежнее название-Thio-rhodaceae), ипурпурные
несерные бактерии, или Rhodospirillaceae (преж нее название –
Athiorhodaceae).

Пурпурные
серные бактерии (Chromatiaceae). Большинство пурпурных серных бактерий
(пурпурных серобактерий) можно легко распознать по внутриклеточным включениям
серы в виде сильно преломляющих свет шариков (см. рис 12.2 и 12.3).

 Chromatium okenii (толщиной
5 мкм и длиной 20 мкм) и Thiospirillum jenense (толщиной
3,5 мкм и длиной 50 мкм)-гиганты среди бактерий (рис. 12.1, 12.2 и 12.3). Они
давно уже привлекали к себе внимание микроскопистов; на них изучают движение с
помощью жгутиков, а также двигательные реакции на различные раз дражители.

 Chromatium warmingii отличается
от С. okenii несколько меньшими размерами клеток и полярным
расположением включений серы. Крупные представители этого рода имеют форму
почки, а мел кие-коротких палочек. К ним относится и Chromatium vinosum, штамм
D, на котором были проведены важные исследования по бактериальному фотосинтезу.

Для Thiocystis (T. violacea, Т. gelatinosa) характерны
сферические подвижные клетки. У Thiocapsa roseopersicina и Т. pfennigii клетки
тоже имеют сферическую форму, но они неподвижны. Многие виды пурпурных
серобактерий обладают га зовыми вакуолями.

Таковы сферические подвижные
бактерии Lamprocystis roseopersicina, а также неподвижные
формы – Amoebobacter (сферические клетки), Thiopedia (эллипсоидные
клетки),Thiodictyon (па лочковидные клетки).

Chromatiaceae
обладают везикулярными тилакоидами (хроматофо-рами), которые обычно заполняют
всю клетку. В настоящее время из вестны лишь два исключения: у видов Ectothiorhodospira тилакоиды
образуют стопки ламелл, а уThiocapsa pfennigii они имеют
трубчатую форму.

Пурпурные
несерные бактерии (Rhodospirillaceae). Большинство из
вестных бактерий этой группы можно отнести к двум родам. Палочко образные виды
объединяют в род Rhodopseudomonas; названия видов связаны главным
образом с их физиологическими признаками: R. palustris, R. viridis, R. acidophila, R.

 blastica и R. sulfidophila. Спирилло-видные
формы относят к роду Rhodospirillum; по величине и окраске
различают виды R. rubrum (рис. 12.4), R.salexigenes, R. fulvum, R. molischianum и R. photometricum. Тилакоидные
структуры у пурпурных несерных бактерий весьма разнообразны по форме.

Особое
положение среди Rhodospirillaceae занимают Rhodomicrobium vannielii и Rhodocyclus purpureus. Первый
из этих видов (рис. 12.

 Rhodocyclus purpureus – единственная
неподвижная форма в этом семей стве; клетки имеют форму полукольца; аппарат
фотосинтеза, вероятно, находится в плазматической мембране, у которой можно
обнаружить лишь очень небольшие и малочисленные впячивания.

Сероводород
подавляет рост многих пурпурных несерных бактерий; однако некоторые виды
устойчивы к H2S или даже используют его в качестве донора водорода в
процессе фиксации С02. Rhodo-pseudomonas sulfidophila и R. palustrisокисляют
сероводород до сульфата, не образуя в качестве промежуточного продукта серу.

Зеленые
бактерии (Chlorobiales)

Для
представителей Chlorobiales характерно наличие хлоросом орга-нелл, содержащих
пигмент и прилегающих к плазматической мембране. В хлоросомах находится
характерный для данной группы бактерий бак-териохлорофилл (Бхл с, d или
е)-светособирающий пигмент.

Кроме то го, эти бактерии имеют
и небольшое количество бактериохлорофилла а, который прямо
связан с фотосинтетическими реакционными центрами и локализован в
плазматической мембране.

К семейству
Chlorobiaceae (рис. 12.6-12.9) относятся зеленые {Chlorobium vibrioforme и Ch. limicola) и
окрашенные в коричневый цвет (С/г.

 phaeobacteroides) виды, а
также формы, образующие звездчатые агрегаты (Prosthecochloris)или
сети (Pelodictyon clathratiforme).

 Chlorochromatium aggregatum представляет
собой симбиотическую ассо циацию двух видов бактерий: бесцветных
хемоорганотрофных палочек, передвигающихся с помощью длинных полярных жгутиков,
и их экто-симбионтов-зеленых фототрофных бактерий.

Сходную организацию имеет и Pelochromatium roseum с
тем отличием, что эктосимбионт окра шен здесь в коричневый цвет. Морская
бактерия Chloroherpetonthalas-sium отличается от видов Chlorobium нитевидной
формой клеток и скользящим движением.

Chloroflexaceae.

Фототрофная зеленая бактерия Chloroflexus по своей форме и
способу передвижения относится к нитчатым скользящим бактериям, однако содержит
бактериохлорофиллы скак обладает хлоро-сомами такого же типа,
как у зеленых серобактерий (Chlorobiaceae).

В то же время Chloroflexus отличается
от видов Chlorobium своей спо собностью к аэробному
гетеротрофному росту на сложных средах как на свету, так и в темноте.

СЫогоПехасеае в отличие от Chlorobiaceae практически неспособны к
фотоавтотрофному росту на С02 и Н2. Та ким образом,
эти бактерии являются скорее фотогетеротрофами. С. aurantiacus-бактерия,
широко распространенная во всем мире; это главный компонент зеленого или
оранжевого мата на дне ручьев, берущих начало от горячих источников.

Источник: http://micro.moy.su/publ/obshhaja_mikrobiologija/fototrofnye_bakterii_i_fotosintez/purpurnye_i_zelenye_bakterii/15-1-0-149

Пурпурные бактерии способны генерировать биотопливо из человеческих отходов

Значительным недостатком очистных сооружений является их углеродный след. Ученые нашли способ уменьшить количество углекислого газа, выделяемого из сточных вод, и одновременно производить водородную энергию. В новом методе для того, чтобы извлечь выгоду из органических материалов, которые мы ежедневно сбрасываем в туалет, используются пурпурные бактерии и электрические токи.

Журналисты ResearchGate поговорили с одним из авторов исследования, Даниэлем Пуйолем, чтобы узнать больше о новом открытии.

ResearchGate: Что такое пурпурные бактерии и где вы находите их в природе? 

Даниэль Пуйоль

Даниэль Пуйоль: Пурпурные бактерии относятся к самой большой и самой разнообразной группе бактерий. Все они являются фотосинтезирующими, но в отличие от растений и водорослей, они используют инфракрасный свет в качестве источника энергии для их метаболизма. Это придает им цвет от коричневого до красного, включая пурпурный.

Главной особенностью этих интереснейших организмов является их универсальный обмен веществ. По этой причине эти организмы широко распространены в природе. Однако их предпочтительная среда находится в водоемах, главным образом озерах. Они также часто встречаются на установках очистки сточных вод, что дает нам представление об их применении.

Пурпурные фототрофные бактерии
Дэмиен Батстоун

RG: Как появилась идея использовать такие бактерии для сбора энергии из наших отходов?

Пуйоль: Пока я учился у Дэмиена Батстоуна и Тима Хюльсена, мы использовали эти организмы для очистки сточных вод. Мы думали, что можем настроить их метаболизм на что-то еще. Одной из возможностей является производство водорода. В настоящее время мы изучаем этот вариант в Университете Рей Хуан Карлос.

Тим Хюльсен

RG: Как бактерии производят водородный газ? 

Пуйоль: Все живые существа должны поддерживать равновесие, которое микробиологи и биотехнологии называют гомеостазом. У пурпурных бактерий есть проблема избытка электронов в ходе метаболизма. Один из способов высвобождения этого избытка заключается в фиксации диоксида углерода, как это делают растения. Другой – высвобождение электронов в виде газообразного водорода.

RG: Имеет ли значение, что находится в отходах? 

Пуйоль: Состав отходов играет ключевую роль в способности пурпурных бактерий производить водород. Процесс сильно ингибируется в присутствии аммония, который в отходах образуется в основном из белков. Диета с низким содержанием белков потенциально может помочь легче производить больший объем водорода.

RG: Сколько энергии вы можете собрать из фекалий? 

Пуйоль: Главная задача современных очистных сооружений – нейтрализовать энергию, поддерживать очистную установку без внешней энергии.

Одна очистительная установка среднего размера с использованием пурпурных бактерий теоретически может обеспечить энергией 43-107 домов. Конечно, большая часть этой энергии обычно идет на прямые нужды завода.

RG: Каковы последние результаты? Кто-то применяет их на практике? 

Пуйоль: Наши предварительные данные показывают, что мы можем настраивать метаболизм фототрофных бактерий для увеличения фиксации двуокиси углерода при одновременном сохранении той же производительности водорода. Это, по сути, означает нулевой углеродный след.

 Недавно мы получили финансирование для разработки процесса и патентования технологии. Благодаря методу, продемонстрированному в лабораторных условиях, мы постараемся убедить водный сектор в целесообразности наших технологий.

 У нас есть тесные контакты с некоторыми заинтересованными компаниями.

RG: Какова конечная цель ваших исследований? 

Пуйоль: Мы амбициозны, поскольку мы знаем, что возможности использования пурпурных бактерий велики. Мы стремимся выйти за рамки очистки сточных вод непосредственно в биоиндустрию. Мы знаем, что единственный способ добиться успеха с помощью технологии, ориентированной на восстановление ресурсов, – это коммерциализация этих ресурсов.

Восстановление ресурсов из отходов и сточных вод не является чем-то новым. Мы пытаемся делать то, что делает земля в течение миллионов лет. Природа в своей мудрости выбрала фотосинтез как механизм этих преобразований. Мы только ускоряем их.

По материалам журнала https://www.researchgate.net

Источник: https://ecoizm.org/purpurnye-bakterii-sposobny-generirovat-biotoplivo-iz-chelovecheskih-othodov/

Пурпурные бактерии — описание, особенности и интересные факты

Что такое пурпурные бактерии? Эти микроорганизмы пигментированы бактериохлорофиллом a или b вместе с различными каротиноидами, которые придают им цвета в диапазоне от фиолетового, красного, коричневого и оранжевого.

Это довольно разнообразная группа. Их можно разделить на две группы: пурпурные серные бактерии и простые фиолетовые бактерии (Rhodospirillaceae).

В документе 2018 Frontiers in Energy Research было предложено использовать их в качестве биоресурсов.

Биология

Пурпурные бактерии в основном являются фотоавтотрофными, но также известны химиоавтотрофные и фотогетеротропные виды. Они могут быть миксотрофами, способными к аэробному дыханию и ферментации.

Фотосинтез пурпурных бактерий происходит в реакционных центрах на клеточной мембране, где фотосинтетические пигменты (то есть бактериохлорофилл, каротиноиды) и связывающие пигмент белки вводятся в инвагинацию с образованием особых пузырьков, трубочек или однопарных или штабелированных пластинчатых листов. Это называется внутрицитоплазматической мембраной (ICM), которая имеет увеличенную площадь поверхности, чтобы максимизировать поглощение света.

Физика и химия

Пурпурные бактерии используют циклический перенос электронов, вызванный серией окислительно-восстановительных реакций. Легкоуборочные комплексы, окружающие реакционный центр (RC), собирают фотоны в виде резонансной энергии, захватывающие пигменты хлорофилла P870 или P960, расположенные в RC.

Возбужденные электроны циклируются от P870 до хинонов QA и QB, затем переходят в цитохром bc1, цитохром c2 и обратно в P870. Восстановленный хинон QB притягивает два цитоплазматических протона и становится QH2, в конечном счете окисляясь и высвобождая протоны, подлежащие закачке в периплазму комплексом цитохрома bc1.

Результирующее разделение заряда между цитоплазмой и периплазмой создает протонную движущую силу, используемую АТФ-синтазой для получения энергии АТФ.

Пурпурные бактерии также переносят электроны от внешних доноров непосредственно на цитохром bc1, чтобы генерировать NADH или NADPH, используемые для анаболизма. Они являются однокристами, потому что они не используют воду в качестве донора электронов для получения кислорода.

Один тип фиолетовых бактерий, называемых фиолетовыми серными бактериями (PSB), использует сульфид или серу в качестве доноров электронов.

Другой тип, называемый фиолетовыми несернистыми бактериями, обычно использует водород в качестве донора электронов, но также может использовать сульфидные или органические соединения при более низких концентрациях по сравнению с PSB.

Фиолетовым бактериям не хватает внешних носителей электронов, чтобы спонтанно уменьшить NAD (P) + до NAD (P) H, поэтому они должны использовать их уменьшенные хиноны для энангорного уменьшения NAD (P) +. Этот процесс обусловлен движущей силой протона и называется обратным потоком электронов.

Сера вместо кислорода

Пурпурные несерные бактерии были первыми бактериями, у которых был обнаружен фотосинтез без побочного продукта в виде кислорода. Вместо этого их побочным продуктом является сера. Это было доказано, когда впервые были установлены реакции бактерий на различные концентрации кислорода.

Обнаружено, что бактерии быстро отходят от малейшего следа кислорода. Затем провели эксперимент где использовалось блюдо с бактериями, и свет был сфокусирован на одной его части, а другая оставлена в затемнении. Поскольку бактерии не могут выжить без света, они перемещаются в круг света.

Если бы побочный продукт их жизнедеятельности был кислородом, расстояния между отдельными особями становилось бы все больше по мере увеличения количества кислорода.

Исследователи предположили, что некоторые фиолетовые бактерии сегодня связаны с митохондриями, симбиотическими бактериями в клетках растений и животных, которые действуют как органеллы. Сравнение их белкового строения показывает, что существует общий предок этих структур. Пурпурные зеленые бактерии и гелиобактерии также имеют схожее строение.

Серобактерии (серные бактерии)

Фиолетовые серные бактерии (PSB) являются частью группы Proteobacteria, способной к фотосинтезу, в совокупности, называемой пурпурными бактериями.

Они являются анаэробными или микроаэрофильными и часто встречаются в стратифицированных водных средах, включая горячие источники, застойные водоемы, а также микробные скопления в зонах прилива.

В отличие от растений, водорослей и цианобактерий, пурпурные серные бактерии не используют воду в качестве восстанавливающего агента и поэтому не производят кислород.

Вместо этого они могут использовать серу в форме сульфида или тиосульфата (а также некоторые виды могут использовать H2, Fe2 + или NO2-) в качестве донора электронов на своих путях фотосинтеза. Сера окисляется для получения гранул элементарной серы. Она, в свою очередь, может быть окислена с образованием серной кислоты.

Классификация

Группа пурпурных бактерий делится на два семейства: Chromatiaceae и Ectothiorhodospiraceae, которые производят внутренние и внешние гранулы серы соответственно и показывают различия в структуре их внутренних мембран. Они составляют часть порядка Chromatiales, включенного в гамма-подразделение Proteobacteria. Род Halothiobacillus также включен в Chromatiales в собственной семье, но он не является фотосинтетическим.

Места обитания

Фиолетовые серные бактерии, как правило, обнаруживаются в освещенных аноксических зонах озер и других водных ареалах, где накапливается сероводород, а также в «серных источниках», где геохимически или биологически производимый сероводород может вызвать образование цветков фиолетовых серобактерий. Для фотосинтеза необходимы аноксические условия; эти бактерии не могут процветать в кислородосодержащих средах.

Наиболее благоприятными для развития фиолетовых серобактерий являются меромиктические (постоянно стратифицированные) озера. Они стратифицируют, потому что имеют более плотную (обычно физиологическую) воду внизу и менее плотную (обычно пресную воду) ближе к поверхности.

Рост фиолетовых серобактерий также поддерживается расслоением в голомиктических озерах.

Если присутствует достаточное количество сульфата для поддержки сульфатирования, сульфид, образующийся в отложениях, диффундирует вверх в бескислородные придонные воды, где фиолетовые серные бактерии могут образовывать плотные клеточные массы.

Скопления

Фиолетовые серные бактерии также могут быть найдены и являются заметным компонентом в промежуточных микробных скоплениях. Скопления такие, как микробный коврик Sippewissett, имеют динамическую среду из-за потока приливов и поступающей свежей воды, приводящей к аналогичным стратифицированным средам как меромиктические озера.

Рост фиолетовых серобактерий активируется, поскольку сера поставляется из-за смерти и разложения микроорганизмов, расположенных над ними. Стратификация и источник серы позволяют PSB расти в этих приливных бассейнах, где возникают скопления.

PSB может помочь стабилизировать осадки микробного скопления с помощью секреции внеклеточных полимерных веществ, которые могут связывать осадки в бассейнах водоемов.

Экология

Фиолетовые серные бактерии способны влиять на окружающую среду, способствуя циклированию питательных веществ, используя свой метаболизм для изменения окружающей среды.

Они могут играть значительную роль в первичной продукции, влияя на углеродный цикл посредством фиксации углерода. Фиолетовые серные бактерии также способствуют производству фосфора в своей среде обитания.

Через жизнедеятельность этих организмов фосфор, ограничивающий питательное вещество в оксическом слое озер, рециркулируется и предоставляется гетеротрофным бактериям для использования.

Источник: https://News4Auto.ru/pyrpyrnye-bakterii-opisanie-osobennosti-i-interesnye-fakty/