Čo sú fialové baktérie? Tieto mikroorganizmy sú pigmentované bakteriochlorofylom a alebo b spolu s rôznymi karotenoidmi, ktoré im dodávajú farby od fialovej, červenej, hnedej a oranžovej. Ide o pomerne rôznorodú skupinu. Možno ich rozdeliť do dvoch skupín: purpurové sírne baktérie a jednoduché purpurové baktérie (Rhodospirillaceae). V dokumente Frontiers in Energy Research z roku 2018 sa navrhuje ich použitie ako biozdrojov.
Biológia
Fialové baktérie sú väčšinou fotoautotrofné, ale známe sú aj chemoautotrofné a fotoheterotropné druhy. Môžu to byť mixotrofy schopné aeróbneho dýchania a fermentácie.
Fotosyntéza fialových baktérií prebieha v reakčných centrách na bunkovej membráne, kde sa fotosyntetické pigmenty (t.j. bakteriochlorofyl, karotenoidy) a proteíny viažuce pigmenty zavádzajú do invaginácie za vzniku špecifických vezikúl, tubulov alebo jednopárových alebo vrstvených lamelárnych listy. Toto sa nazýva intracytoplazmatická membrána (ICM), ktorá má zväčšenúpovrch na maximalizáciu absorpcie svetla.
Fyzika a chémia
Fialové baktérie využívajú cyklický prenos elektrónov spôsobený sériou redoxných reakcií. Svetelné komplexy obklopujúce reakčné centrum (RC) zbierajú fotóny vo forme rezonančnej energie, pričom zachytávajú chlorofylové pigmenty P870 alebo P960 umiestnené v RC. Excitované elektróny cyklujú z P870 na chinóny QA a QB, potom prechádzajú na cytochróm bc1, cytochróm c2 a späť na P870. Redukovaný chinón QB priťahuje dva cytoplazmatické protóny a stáva sa QH2, pričom sa nakoniec oxiduje a uvoľňuje protóny, ktoré sa pumpujú do periplazmy komplexom cytochrómu bc1. Výsledné zdieľanie náboja medzi cytoplazmou a periplazmou vytvára protónovú hnaciu silu, ktorú ATP syntáza využíva na generovanie energie ATP.
Fialové baktérie tiež prenášajú elektróny od externých darcov priamo do cytochrómu bc1, aby vytvorili NADH alebo NADPH používané na anabolizmus. Sú to monokryštály, pretože nepoužívajú vodu ako donor elektrónov na výrobu kyslíka. Jeden typ fialových baktérií, nazývaných purpurové sírové baktérie (PSB), používa sulfid alebo síru ako donory elektrónov. Iný typ, nazývaný fialové nesírne baktérie, zvyčajne používa vodík ako donor elektrónov, ale môže tiež používať sulfidy alebo organické zlúčeniny v nižších koncentráciách v porovnaní s PSB.
Fialové baktérienie je dostatok externých elektrónových nosičov na spontánnu redukciu NAD(P)+ na NAD(P)H, preto musia na enormnú redukciu NAD(P)+ použiť svoje redukované chinóny. Tento proces je poháňaný hnacou silou protónu a nazýva sa spätný tok elektrónov.
Síra namiesto kyslíka
Fialové nesírne baktérie boli prvé baktérie, o ktorých sa zistilo, že majú fotosyntézu bez kyslíka ako vedľajšieho produktu. Namiesto toho je ich vedľajším produktom síra. To bolo dokázané, keď boli prvýkrát zistené reakcie baktérií na rôzne koncentrácie kyslíka. Zistilo sa, že baktérie sa rýchlo vzďaľujú od najmenšej stopy kyslíka. Potom urobili experiment, v ktorom použili misku s baktériami a svetlo sa zameralo na jednu jej časť a druhú nechali v tme. Pretože baktérie nemôžu prežiť bez svetla, presúvajú sa do kruhu svetla. Ak by vedľajším produktom ich života bol kyslík, vzdialenosti medzi jednotlivcami by sa zväčšovali so zvyšujúcim sa množstvom kyslíka. Ale kvôli správaniu fialových a zelených baktérií v zameranom svetle sa dospelo k záveru, že vedľajším produktom bakteriálnej fotosyntézy nemôže byť kyslík.
Výskumníci naznačili, že niektoré purpurové baktérie sú dnes spojené s mitochondriami, symbiotickými baktériami v rastlinných a živočíšnych bunkách, ktoré fungujú ako organely. Porovnanie ich proteínovej štruktúry ukazuje, že existuje spoločný predok týchto štruktúr. Fialovo zelené baktérie a heliobaktérie majú tiež podobnú štruktúru.
Sírové baktérie (sírne baktérie)
Purple sirné baktérie (PSB) sú súčasťou skupiny Proteobacteria schopné fotosyntézy, spoločne označované ako purpurové baktérie. Sú anaeróbne alebo mikroaerofilné a často sa vyskytujú v stratifikovaných vodných prostrediach, vrátane horúcich prameňov, stojatých bazénov a mikrobiálnych agregácií v oblastiach s vysokou vodou. Na rozdiel od rastlín, rias a siníc, fialové sírne baktérie nepoužívajú vodu ako redukčné činidlo, a preto neprodukujú kyslík. Namiesto toho môžu používať síru vo forme sulfidu alebo tiosíranu (a niektoré druhy môžu tiež používať H2, Fe2+ alebo NO2-) ako donor elektrónov vo svojich dráhach fotosyntézy. Síra sa oxiduje za vzniku granúl elementárnej síry. Tá sa zase môže oxidovať za vzniku kyseliny sírovej.
Klasifikácia
Skupina fialových baktérií je rozdelená do dvoch čeľadí: Chromatiaceae a Ectothiorhodospiraceae, ktoré produkujú vnútorné a vonkajšie sírové granuly a vykazujú rozdiely v štruktúre svojich vnútorných membrán. Sú súčasťou radu Chromatiales, zaradeného do gama divízie Proteobaktérie. Rod Halothiobacillus je tiež zahrnutý v Chromatiales vo svojej vlastnej rodine, ale nie je fotosyntetický.
Habitats
Fialové sírne baktérie sa zvyčajne nachádzajú v osvetlených anoxických zónach jazier a iných vodných biotopov, kde sa hromadí sírovodík,a tiež v "sírnych prameňoch", kde geochemicky alebo biologicky vyrobený sírovodík môže spôsobiť rozkvet purpurových sírnych baktérií. Fotosyntéza vyžaduje anoxické podmienky; tieto baktérie nemôžu prosperovať v okysličených prostrediach.
Meromiktické (trvalo stratifikované) jazerá sú najpriaznivejšie pre vývoj purpurových sírnych baktérií. Stratifikujú, pretože majú hustejšiu (zvyčajne fyziologickú) vodu na dne a menej hustú (zvyčajne sladkú vodu) bližšie k povrchu. Rast fialových sírnych baktérií podporuje aj vrstvenie v holomiktických jazerách. Sú tepelne stratifikované: počas jari a leta sa povrchová voda ohrieva, čím je horná voda menej hustá ako spodná, čo poskytuje pomerne stabilnú stratifikáciu pre rast fialových sírnych baktérií. Ak je prítomný dostatok síranu na podporu sulfatácie, sulfid vytvorený v sedimente difunduje nahor do anoxických spodných vôd, kde purpurové sírne baktérie môžu vytvárať husté bunkové masy.
Zhluky
Dajú sa nájsť aj fialové sírne baktérie, ktoré sú významnou zložkou v intermediárnych mikrobiálnych agregáciách. Zhluky ako napríklad mikrobiálny koberec Sippewissett majú dynamické prostredie v dôsledku prílivu a prílivu a prichádzajúcej sladkej vody, čo vedie k podobne stratifikovaným prostrediam ako meromiktické jazerá. Rast purpurových sírových baktériísa aktivuje, keď sa dodáva síra v dôsledku smrti a rozkladu mikroorganizmov umiestnených nad nimi. Stratifikácia a zdroj síry umožňuje PSB rásť v týchto prílivových panvách, kde dochádza k agregáciám. PSB môže pomôcť stabilizovať mikrobiálny sediment prostredníctvom sekrécie extracelulárnych polymérnych látok, ktoré môžu viazať sediment v povodiach.
Ekológia
Fialové sírne baktérie sú schopné ovplyvňovať životné prostredie tým, že podporujú kolobeh živín, využívajú svoj metabolizmus na zmenu prostredia. Môžu hrať významnú úlohu v primárnej produkcii ovplyvňovaním uhlíkového cyklu prostredníctvom fixácie uhlíka. Fialové sírne baktérie tiež prispievajú k produkcii fosforu v ich biotopoch. Prostredníctvom životnej aktivity týchto organizmov sa fosfor, ktorý obmedzuje živiny v oxickej vrstve jazier, recykluje a poskytuje heterotrofným baktériám na použitie. To naznačuje, že hoci sa fialové sírne baktérie nachádzajú v anoxickej vrstve ich biotopu, sú schopné stimulovať rast mnohých heterotrofných organizmov dodávaním anorganických živín do vyššie uvedenej oxidovej vrstvy.
