باکتری بنفش چیست؟ این میکروارگانیسم ها با باکتری کلروفیل a یا b همراه با کاروتنوئیدهای مختلف رنگدانه شده اند که به آنها رنگ هایی از ارغوانی، قرمز، قهوه ای و نارنجی می دهد. این یک گروه نسبتاً متنوع است. آنها را می توان به دو گروه تقسیم کرد: باکتری های گوگرد ارغوانی و باکتری های بنفش ساده (Rhodospirillaceae). مقاله 2018 Frontiers in Energy Research پیشنهاد کرده است که از آنها به عنوان منابع زیستی استفاده شود.
زیست شناسی
باکتری‌های بنفش عمدتاً فوتواتوتروف هستند، اما گونه‌های شیمی‌آوتوتروف و فوتو هتروتروپیک نیز شناخته شده‌اند. آنها ممکن است میکسوتروف هایی باشند که قادر به تنفس هوازی و تخمیر هستند.
فتوسنتز باکتری‌های بنفش در مراکز واکنش روی غشای سلولی اتفاق می‌افتد، جایی که رنگدانه‌های فتوسنتزی (مانند باکتری‌کلروفیل، کاروتنوئیدها) و پروتئین‌های متصل‌کننده رنگدانه به داخل انواژینال وارد می‌شوند تا وزیکول‌ها، لوله‌ها یا جفت‌های تک لایه پشته‌ای را تشکیل دهند. ورق ها این غشای داخل سیتوپلاسمی (ICM) نامیده می شود که بزرگ شده استمساحت سطح برای به حداکثر رساندن جذب نور.
فیزیک و شیمی
باکتری های بنفش از انتقال چرخه ای الکترون ناشی از یک سری واکنش های ردوکس استفاده می کنند. مجتمع‌های برداشت نور اطراف مرکز واکنش (RC) فوتون‌ها را به شکل انرژی تشدید جمع‌آوری می‌کنند و رنگدانه‌های کلروفیل P870 یا P960 واقع در RC را می‌گیرند. الکترون‌های برانگیخته از P870 به کینون‌های QA و QB چرخه می‌زنند، سپس به سیتوکروم bc1، سیتوکروم c2 و بازگشت به P870 می‌روند. کینون کاهش یافته QB دو پروتون سیتوپلاسمی را جذب می کند و به QH2 تبدیل می شود، در نهایت اکسید می شود و پروتون هایی را آزاد می کند تا توسط کمپلکس سیتوکروم bc1 به داخل پری پلاسم پمپ شود. اشتراک بار حاصل بین سیتوپلاسم و پری پلاسم یک نیروی محرکه پروتون ایجاد می کند که توسط سنتاز ATP برای تولید انرژی ATP استفاده می شود.
باکتری های بنفش همچنین الکترون ها را از اهداکنندگان خارجی به طور مستقیم به سیتوکروم bc1 منتقل می کنند تا NADH یا NADPH مورد استفاده برای آنابولیسم تولید کنند. آنها تک بلور هستند زیرا از آب به عنوان دهنده الکترون برای تولید اکسیژن استفاده نمی کنند. یکی از انواع باکتری های بنفش، به نام باکتری های گوگرد بنفش (PSB) از سولفید یا گوگرد به عنوان دهنده الکترون استفاده می کند. نوع دیگری به نام باکتری های غیر گوگردی بنفش، معمولاً از هیدروژن به عنوان دهنده الکترون استفاده می کند، اما همچنین می تواند از سولفید یا ترکیبات آلی در غلظت های کمتر در مقایسه با PSB استفاده کند.
باکتری بنفشهحامل های الکترون خارجی کافی برای کاهش خود به خود NAD(P)+ به NAD(P)H وجود ندارد، بنابراین آنها باید از کینون های کاهش یافته خود برای کاهش شدید NAD(P)+ استفاده کنند. این فرآیند توسط نیروی محرکه پروتون هدایت می شود و جریان معکوس الکترون ها نامیده می شود.
گوگرد به جای اکسیژن
باکتری‌های غیر گوگردی بنفش اولین باکتری‌هایی بودند که فتوسنتز بدون اکسیژن به عنوان محصول جانبی داشتند. در عوض، محصول جانبی آنها گوگرد است. این زمانی ثابت شد که واکنش باکتری ها به غلظت های مختلف اکسیژن برای اولین بار ثابت شد. مشخص شده است که باکتری ها به سرعت از کوچکترین اثری از اکسیژن دور می شوند. سپس آزمایشی انجام دادند که در آن از ظرفی از باکتری استفاده کردند و نور روی یک قسمت آن متمرکز شد و قسمت دیگر در تاریکی رها شد. از آنجایی که باکتری ها بدون نور نمی توانند زنده بمانند، در دایره نور حرکت می کنند. اگر محصول جانبی زندگی آنها اکسیژن بود، با افزایش مقدار اکسیژن، فاصله بین افراد بیشتر می شد. اما با توجه به رفتار باکتری های بنفش و سبز در نور متمرکز، این نتیجه حاصل شد که محصول جانبی فتوسنتز باکتری ها نمی تواند اکسیژن باشد.
محققان پیشنهاد کرده‌اند که امروزه برخی از باکتری‌های بنفش با میتوکندری، باکتری‌های همزیست در سلول‌های گیاهی و جانوری که به عنوان اندامک عمل می‌کنند، مرتبط هستند. مقایسه ساختار پروتئینی آنها نشان می دهد که جد مشترک این ساختارها وجود دارد. باکتری‌های سبز بنفش و هلیو باکتری‌ها نیز ساختار مشابهی دارند.
باکتری های گوگردی (باکتری های گوگردی)
باکتری های گوگرد ارغوانی (PSB) بخشی از گروه پروتئوباکتری ها هستند که قادر به فتوسنتز هستند و در مجموع به عنوان باکتری های بنفش شناخته می شوند. آنها بی هوازی یا میکروآئروفیل هستند و اغلب در محیط های آبی طبقه بندی شده، از جمله چشمه های آب گرم، استخرهای راکد، و تجمعات میکروبی در مناطق پر آب یافت می شوند. بر خلاف گیاهان، جلبک ها و سیانوباکتری ها، باکتری های گوگرد ارغوانی از آب به عنوان یک عامل کاهنده استفاده نمی کنند و بنابراین اکسیژن تولید نمی کنند. در عوض، آنها ممکن است از گوگرد به شکل سولفید یا تیوسولفات استفاده کنند (و برخی از گونه ها ممکن است از H2، Fe2+ یا NO2- نیز به عنوان دهنده الکترون در مسیرهای فتوسنتز خود استفاده کنند. گوگرد برای تولید گرانول های عنصری گوگرد اکسید می شود. این به نوبه خود می تواند اکسید شود و اسید سولفوریک تشکیل دهد.
طبقه بندی
گروه باکتری های بنفش به دو خانواده Chromatiaceae و Ectothiorhodospiraceae تقسیم می شوند که به ترتیب دانه های گوگرد داخلی و خارجی تولید می کنند و تفاوت هایی در ساختار غشای داخلی خود نشان می دهند. آنها بخشی از راسته Chromatiales را تشکیل می دهند که در بخش گاما پروتئوباکتری ها قرار دارند. جنس Halothiobacillus نیز در خانواده خود در Chromatiales قرار دارد، اما فتوسنتزی نیست.
زیستگاه
باکتری های گوگرد بنفش معمولاً در مناطق بدون اکسیژن روشن دریاچه ها و دیگر زیستگاه های آبی که در آن سولفید هیدروژن تجمع می یابد، یافت می شود.و همچنین در "چشمه های گوگردی" که در آن سولفید هیدروژن تولید شده به صورت ژئوشیمیایی یا بیولوژیکی می تواند باعث شکوفایی باکتری های گوگرد ارغوانی شود. فتوسنتز به شرایط بی اکسیژن نیاز دارد. این باکتری ها نمی توانند در محیط های دارای اکسیژن رشد کنند.
دریاچه های مرومیکتیک (طبقه بندی دائمی) مساعدترین دریاچه ها برای توسعه باکتری های گوگرد بنفش هستند. آنها طبقه بندی می شوند زیرا دارای آب متراکم تر (معمولاً فیزیولوژیکی) در پایین و چگالی کمتر (معمولاً آب شیرین) نزدیک به سطح هستند. رشد باکتری های گوگرد بنفش نیز با لایه بندی در دریاچه های هولومیکتیک پشتیبانی می شود. آنها از نظر حرارتی طبقه بندی می شوند: در طول بهار و تابستان، آب سطحی گرم می شود و باعث می شود آب بالایی نسبت به پایین تراکم کمتری داشته باشد، که طبقه بندی نسبتاً پایداری برای رشد باکتری های گوگرد بنفش فراهم می کند. اگر سولفات کافی برای حمایت از سولفاتاسیون وجود داشته باشد، سولفید تشکیل شده در رسوبات به سمت بالا در آب های بدون اکسیژن پایین پخش می شود، جایی که باکتری های گوگرد بنفش می توانند توده های سلولی متراکم ایجاد کنند.
خوشه ها
باکتری های گوگرد ارغوانی را نیز می توان یافت و جزء برجسته ای در تجمعات میکروبی میانی است. خوشه‌هایی مانند فرش میکروبی Sippewissett به دلیل جریان جزر و مد و آب شیرین ورودی، محیطی پویا دارند که در نتیجه محیط‌هایی شبیه به دریاچه‌های مرومیکتیک ایجاد می‌شود. رشد باکتری های گوگرد ارغوانیبه عنوان گوگرد به دلیل مرگ و تجزیه میکروارگانیسم های واقع در بالای آنها فعال می شود. طبقه بندی و منبع گوگرد به PSB اجازه می دهد تا در این حوضه های جزر و مدی که در آن تجمعات رخ می دهد رشد کند. PSB می تواند به تثبیت رسوبات میکروبی از طریق ترشح مواد پلیمری خارج سلولی که می توانند رسوب را در حوزه های آبخیز متصل کنند، کمک کند.
اکولوژی
باکتری های گوگرد بنفش می توانند با ترویج چرخه مواد مغذی بر محیط زیست تأثیر بگذارند و از متابولیسم خود برای تغییر محیط استفاده کنند. آنها ممکن است با تأثیرگذاری بر چرخه کربن از طریق تثبیت کربن، نقش مهمی در تولید اولیه داشته باشند. باکتری های گوگرد ارغوانی نیز به تولید فسفر در زیستگاه خود کمک می کنند. از طریق فعالیت حیاتی این موجودات، فسفر که مواد مغذی موجود در لایه اکسیژن دریاچه ها را محدود می کند، بازیافت می شود و برای استفاده در اختیار باکتری های هتروتروف قرار می گیرد. این نشان می دهد که اگرچه باکتری های گوگرد ارغوانی در لایه بی اکسیژن زیستگاه آنها یافت می شود، اما می توانند رشد بسیاری از ارگانیسم های هتروتروف را با تامین مواد مغذی معدنی به لایه اکسیدی فوق الذکر تحریک کنند.
