معلومة

8.9 أ: البكتيريا الزرقاء - علم الأحياء

8.9 أ: البكتيريا الزرقاء - علم الأحياء


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

أهداف التعلم

وصف الخصائص المرتبطة بالبكتيريا الزرقاء بما في ذلك: أنواع الخلايا وأشكال الحركة والخصائص الأيضية

  • اشرح القوانين التالية في قانون الغاز المثالي

البكتيريا الزرقاء ، والمعروفة أيضًا باسم البكتيريا الزرقاء والخضراء ، والطحالب الخضراء المزرقة ، والسيانوفيتا ، هي مجموعة من البكتيريا التي تحصل على طاقتها من خلال عملية التمثيل الضوئي. يُعتقد أن قدرة البكتيريا الزرقاء على أداء عملية التمثيل الضوئي للأكسجين قد حولت الغلاف الجوي المختزل المبكر إلى جو مؤكسد ، مما أدى إلى تغيير كبير في تكوين أشكال الحياة على الأرض عن طريق تحفيز التنوع البيولوجي وأدى إلى الانقراض القريب للكائنات الحية التي لا تتحمل الأكسجين. وفقًا لنظرية التعايش الداخلي ، تطورت البلاستيدات الخضراء في النباتات والطحالب حقيقية النواة من أسلاف البكتيريا الزرقاء عبر التعايش الداخلي.

التوزيع والتأثير على الأنظمة البيئية

يمكن العثور على البكتيريا الزرقاء في كل الموائل الأرضية والمائية تقريبًا. من المحتمل أن تشتهر البكتيريا الزرقاء المائية بالأزهار الواسعة والمرئية التي يمكن أن تتشكل في كل من المياه العذبة والبيئة البحرية. يمكن أن يكون لها مظهر الطلاء الأزرق والأخضر أو ​​حثالة. أدى ارتباط السمية بمثل هذه الإزهار في كثير من الأحيان إلى إغلاق المياه الترفيهية عند ملاحظة الإزهار. تشمل البكتيريا الزرقاء الأنواع وحيدة الخلية والمستعمرة. قد تشكل المستعمرات شعيرات أو صفائح أو حتى كرات مجوفة. تظهر بعض المستعمرات الخيطية القدرة على التمايز إلى عدة أنواع مختلفة من الخلايا ، بما في ذلك:

  • الخلايا الخضرية ، الخلايا الطبيعية التي تقوم بعملية التمثيل الضوئي والتي تتشكل في ظل ظروف نمو مواتية.
  • Akinetes ، الأبواغ المقاومة للمناخ التي قد تتشكل عندما تصبح الظروف البيئية قاسية.
  • الأكياس غير المتجانسة سميكة الجدران ، والتي تحتوي على إنزيم النيتروجين ، وهو أمر حيوي لتثبيت النيتروجين. قد تتشكل الأكياس غير المتجانسة أيضًا في ظل الظروف البيئية المناسبة (نقص الأكسجين) عندما يكون النيتروجين الثابت نادرًا.

الأنواع المكونة للكيسات غير المتجانسة متخصصة في تثبيت النيتروجين وهي قادرة على ربط غاز النيتروجين بالأمونيا (NH3) أو النيتريت (NO − 2) أو النترات (NO − 3). يمكن للنباتات امتصاص هذه الجزيئات وتحويلها إلى بروتين وأحماض نووية.

هرموجونيا

تشكل العديد من البكتيريا الزرقاء خيوطًا متحركة تسمى الهرموجونيا ، تنتقل من الكتلة الحيوية الرئيسية لتبرعم وتشكل مستعمرات جديدة في مكان آخر. غالبًا ما تكون الخلايا في الهرمون أرق من تلك الموجودة في الحالة الخضرية ، ويمكن أن تكون الخلايا على طرفي السلسلة المتحركة مدببة. للانفصال عن المستعمرة الأم ، يجب على الهرمون في كثير من الأحيان أن يمزق خلية خيطية أضعف ، تسمى نكريديوم.

الخلايا الحركية والحركية

عادةً ما يكون للخلايا الفردية من البكتيريا الزرقاء جدار خلوي هلامي سميك. يفتقرون إلى الأسواط ، لكن الهرموجونيا وبعض الأنواع قد تتحرك عن طريق الانزلاق على الأسطح. العديد من الأشكال الخيطية متعددة الخلايا من الذبذبات قادرة على حركة التلويح. تتأرجح الشعيرة ذهابًا وإيابًا. في أعمدة الماء تطفو بعض البكتيريا الزرقاء عن طريق تكوين حويصلات غازية ، كما هو الحال في العتائق. هذه الحويصلات ليست عضيات على هذا النحو. لا تحدها أغشية دهنية ولكن بغلاف بروتيني.

التنظير الضوئي والعمليات الأيضية الأخرى

تستخدم البكتيريا الزرقاء طاقة ضوء الشمس لدفع عملية التمثيل الضوئي ، وهي عملية تُستخدم فيها طاقة الضوء لتقسيم جزيئات الماء إلى أكسجين وبروتونات وإلكترونات. كما هو الحال مع أي كائن بدائي النواة ، لا تظهر البكتيريا الزرقاء نوى ولا أغشية داخلية ؛ العديد من أنواع البكتيريا الزرقاء لها طيات على أغشيتها الخارجية التي تعمل في عملية التمثيل الضوئي. تحصل البكتيريا الزرقاء على لونها من phycocyanin الصباغ المزرق ، والذي تستخدمه لالتقاط الضوء لعملية التمثيل الضوئي.

يستخدم التمثيل الضوئي في البكتيريا الزرقاء الماء بشكل عام كمانح للإلكترون وينتج الأكسجين كمنتج ثانوي ، على الرغم من أن بعض الأنواع قد تستخدم أيضًا كبريتيد الهيدروجين كما يحدث بين بكتيريا التمثيل الضوئي الأخرى. يتم تقليل ثاني أكسيد الكربون لتكوين الكربوهيدرات عبر دورة كالفين. في معظم الأشكال ، يتم دمج آلية التمثيل الضوئي في ثنايا غشاء الخلية ، والتي تسمى الثايلاكويدات.

نظرًا لقدرتها على تثبيت النيتروجين في الظروف الهوائية ، فغالبًا ما توجد في شراكات تكافلية مع عدد من مجموعات الكائنات الحية الأخرى ، بما في ذلك على سبيل المثال لا الحصر الفطريات (الأشنات) والشعاب المرجانية والنباتات الزاحفة (الأزولا) وكاسيات البذور (Gunnera).

العديد من البكتيريا الزرقاء قادرة على تقليل المستويات المحيطة من النيتروجين وثاني أكسيد الكربون في ظل الظروف الهوائية ، وهي حقيقة قد تكون مسؤولة عن نجاحها التطوري والبيئي. يتم إنجاز التمثيل الضوئي المؤكسد للماء عن طريق اقتران نشاط النظام الضوئي (PS) II و I (مخطط Z). في الظروف اللاهوائية ، يمكنهم أيضًا استخدام PS I فقط - الفسفرة الضوئية الحلقية - مع متبرعين للإلكترون غير الماء (على سبيل المثال كبريتيد الهيدروجين) ، بنفس طريقة بكتيريا التمثيل الضوئي الأرجواني.

كما أنها تشترك في خاصية أثرية ، وهي القدرة على تقليل عنصر الكبريت عن طريق التنفس اللاهوائي في الظلام. يشترك نقل الإلكترون الضوئي الخاص بهم في نفس الحجرة مثل مكونات نقل الإلكترون في الجهاز التنفسي. يحتوي غشاء البلازما الخاص بهم على مكونات فقط من السلسلة التنفسية ، بينما يستضيف غشاء الثايلاكويد كلاً من النقل الإلكترون التنفسي والضوئي.

تصنيف

تم تصنيف البكتيريا الزرقاء تقليديا حسب التشكل إلى خمسة أقسام ، يشار إليها بالأرقام I-V. الثلاثة الأولى - Chroococcales و Pleurocapsales و Oscillatoriales - لا تدعمها دراسات علم الوراثة. ومع ذلك ، فإن النوعين الأخيرين - Nostocales و Stigonematales - أحادي النمط ، ويشكلان البكتيريا الزرقاء غير المتجانسة. تنتج بعض البكتيريا الزرقاء سمومًا تسمى السموم الزرقاء. ينتج عن هذا تكاثر الطحالب ، والتي يمكن أن تصبح ضارة للأنواع الأخرى بما في ذلك البشر إذا كانت البكتيريا الزرقاء المتورطة تنتج سمومًا.

النقاط الرئيسية

  • يمكن العثور على البكتيريا الزرقاء في كل الموائل الأرضية والمائية تقريبًا.
  • تشمل البكتيريا الزرقاء الأنواع وحيدة الخلية والمستعمرة.
  • تستخدم البكتيريا الزرقاء طاقة ضوء الشمس لدفع عملية التمثيل الضوئي ، وهي عملية تُستخدم فيها طاقة الضوء لتقسيم جزيئات الماء إلى أكسجين وبروتونات وإلكترونات.
  • العديد من البكتيريا الزرقاء قادرة على تقليل النيتروجين وثاني أكسيد الكربون في ظل الظروف الهوائية ، والتي قد تكون مسؤولة عن نجاحها التطوري والبيئي.

الشروط الاساسية

  • البكتيريا الزرقاء: البكتيريا الزرقاء ، والمعروفة أيضًا باسم البكتيريا الزرقاء والخضراء ، والطحالب الخضراء المزرقة ، والسيانوفيتا ، هي مجموعة من البكتيريا التي تحصل على طاقتها من خلال عملية التمثيل الضوئي.
  • البناء الضوئي: العملية التي تولد من خلالها النباتات وغيرها من الكائنات ذات التغذية الضوئية الكربوهيدرات والأكسجين من ثاني أكسيد الكربون والماء والطاقة الضوئية في البلاستيدات الخضراء.
  • غير المتجانسة: خلية متخصصة مثبتة للنيتروجين تتكون من بعض البكتيريا الزرقاء الخيطية.

تطبيقات البكتيريا الزرقاء في التكنولوجيا الحيوية

اكتسبت البكتيريا الزرقاء الكثير من الاهتمام في السنوات الأخيرة بسبب تطبيقاتها المحتملة في التكنولوجيا الحيوية. نقدم لمحة عامة عن الأدبيات التي تصف استخدامات البكتيريا الزرقاء في قطاعي الصناعة والخدمات ونقدم نظرة عامة على التحديات والآفاق المستقبلية في مجال التكنولوجيا الحيوية للبكتيريا الزرقاء. تم التعرف على البكتيريا الزرقاء كمصدر غني للمركبات النشطة بيولوجيًا ذات الأنشطة المضادة للفيروسات والبكتيريا والفطريات والسرطان. تم العثور على العديد من سلالات البكتيريا الزرقاء لتراكم polyhydroxyalkanoates ، والذي يمكن استخدامه كبديل للبلاستيك غير القابل للتحلل القائم على البتروكيماويات. أظهرت الدراسات الحديثة أن المواقع الملوثة بالنفط غنية بتجمعات البكتيريا الزرقاء القادرة على إتلاف مكونات الزيت. سهلت البكتيريا الزرقاء داخل هذه الاتحادات عمليات التحلل من خلال تزويد البكتيريا المتحللة بالزيت المرتبطة بالأكسجين والمواد العضوية والنيتروجين الثابت. يعتبر الهيدروجين السيانوبكتيري مصدرًا واعدًا جدًا للطاقة البديلة ، وقد أصبح الآن متاحًا تجاريًا. بالإضافة إلى هذه التطبيقات ، تُستخدم البكتيريا الزرقاء أيضًا في تربية الأحياء المائية ومعالجة مياه الصرف الصحي والأغذية والأسمدة وإنتاج المستقلبات الثانوية بما في ذلك السكريات الخارجية والفيتامينات والسموم والإنزيمات والمستحضرات الصيدلانية. يجب أن تركز الأبحاث المستقبلية على عزل سلالات البكتيريا الزرقاء الجديدة التي تنتج منتجات عالية القيمة وتعديل السلالات الموجودة وراثيًا لضمان أقصى إنتاج للمنتجات المطلوبة. يجب إنشاء مكتبات Metagenomic لاكتشاف جينات وظيفية جديدة تشارك في التخليق الحيوي للمركبات ذات الصلة بالتكنولوجيا الحيوية. يتطلب الإنتاج الصناعي على نطاق واسع للمنتجات البكتيريا الزرقاء تحسين ظروف الحضانة وتصميمات التخمير من أجل زيادة الإنتاجية.


أهمية البكتيريا الزرقاء: 9 أهمية

1. هم من أوائل المستعمرين للمناطق الجرداء والقاحلة. إنها توفر ظروفًا مناسبة لنمو الكائنات الحية الأخرى حتى في أكثر البيئات عدائية.

2. تعمل الطحالب الخضراء المزرقة كغذاء للعديد من الحيوانات المائية. يتم جمع السبيرولينا بانتظام للاستهلاك البشري في أجزاء من إفريقيا. يستخدم Nostoc بالمثل في الصين. في راجستان ، يتم جمع Anabaena و Spirulina من بحيرة Sambar واستخدامها كعلف وروث. يُزرع السبيرولينا بسهولة في خزانات ويمكن استخدامه كمكمل غذائي غني بالبروتين مستساغ للإنسان والحيوان.

3. العديد من البكتيريا الزرقاء لديها القدرة على تثبيت النيتروجين. تمتلك الأشكال الخيطية خلايا شاحبة كبيرة خاصة أو كيسة غير متجانسة & # 8217 s لهذا الغرض. يخرج بعض النيتروجين الثابت كإفراز. بعد موت البكتيريا الزرقاء ، تصبح الطبقة التحتية غنية بالنيترو والشيجين. يتم الآن تلقيح هذه البكتيريا الزرقاء المثبتة للنيتروجين بشكل منتظم في حقول الأرز. هذا يوفر استهلاك الأسمدة النيتروجينية.

4. غالبًا ما تستخدم البكتيريا الزرقاء المثبتة للنيتروجين لاستصلاح التربة المستخدمة ، على سبيل المثال ، نوستوك ، أنابينا. تنتج هذه البكتيريا الزرقاء مواد كيميائية حمضية لمقاومة قلوية التربة والمركبات النيتروجينية التي تكون ناقصة بشكل عام في هذه التربة.

5. يمكن تصنيع المضادات الحيوية من مستخلص لينجبيا.

6. لا تسمح الأنواع Anabaena و Aulosira ليرقات البعوض بالنمو بالقرب منها. يمكن تلقيح هذه البكتيريا الزرقاء في برك القرية وحقول الأرز لمنع نمو البعوض.

7. يمكن أن تنمو البكتيريا الزرقاء على جدران وأسطح المباني خلال مواسم الأمطار مسببة تغير اللون والتآكل والتسرب.

8. أنها تنتج الأزهار المائية ، وتضفي رائحة كريهة ولونًا على المسطحات المائية.

9. تنتج بعض البكتيريا الزرقاء سمومًا ضارة لمعظم الحيوانات المائية. قد تكون سامة بنفس القدر للبشر الذين يشربون أو يستحمون في مثل هذه المياه. السموم الهامة المنتجة للبكتيريا الزرقاء هي Microcytic aeruginosa (= Anacystis cyanea) و Anabaena flosaquae و Aphanizomenon flos-aquae.


أكاديميون وباحثون يعملون في البكتيريا الزرقاء والبيولوجيا البيئية البكتيرية والزراعية وعلماء الأحياء الجزيئية للبكتيريا الزرقاء. علماء الأحياء الدقيقة وعلماء البيئة وعلماء الفسيولوجيا وعلماء البيئة وعلماء الأحياء الجزيئية والمهندسون الزراعيون وعلماء العقاقير والباحثون ذوو الصلة الذين يرغبون في العمل في مجال أبحاث البكتيريا الزرقاء

1. البصمات السيانوبكتيرية في التنوع والتطور
2. تنوع البكتيريا الزرقاء: رؤى جزيئية تحت بيئات متعددة
3. البكتيريا الزرقاء في البيئات البحرية الاستوائية وشبه الاستوائية: التنوع ، والدور الإيكولوجي
4. موارد قاعدة البيانات لبحوث البكتيريا الزرقاء
5. صبغة البكتيريا الزرقاء وخصائصها الفلورية
6. بيولوجيا الغشاء البكتيري تحت الضغط مع إشارة خاصة إلى التمثيل الضوئي والتكوين الضوئي
7. البكتيريا الزرقاء واستتباب الحديد: التطورات في حوامل الحديد وناقلات المعادن
8. مرافقين جزيئية في طي البروتين وإدارة الإجهاد في البكتيريا الزرقاء
9. مجموعات أدوات تحرير الجينوم البكتيرية: التطورات الحديثة والتوقعات المستقبلية لبحوث البيولوجيا الأساسية والاصطناعية
10. تأثير تطبيقات مبيدات الآفات على نمو ووظيفة البكتيريا الزرقاء
11. سيانوميكس: تقدم في مجالات بيولوجيا أوميكس البكتيرية الزرقاء مع إشارة خاصة إلى البروتينات وعلم النسخ
12. الطحالب والبكتيريا الزرقاء كمصدر للمركبات النشطة بيولوجيا الجديدة للتطبيقات الطبية الحيوية
13. الحمض النووي الريبي الصغير المستجيب للبكتيريا الزرقاء (sRNAs): عوامل الإجهاد والاستجابات التنموية
14. الجوانب الفسيولوجية لتثبيت النيتروجين البكتيري وتطبيقاته في العلوم الحديثة
15. الأحماض الأمينية الشبيهة بالميكوسبورين (MAAs) في البكتيريا الزرقاء: التركيب الحيوي والوظائف والتطبيقات
16. التمايز غير المتجانسة والتمايز في البكتيريا الزرقاء: نظرة نحو التعايش البكتيري الأزرق
17. بيروكسيريدوكسينات سيانوبكتيرية ودورها في بيولوجيا الإجهاد البكتيري
18. البكتيريا الزرقاء كمصدر للوقود الحيوي: التطورات والتطبيقات الحديثة
19. البكتيريا الزرقاء كأداة لا غنى عنها لإزالة المعادن الثقيلة من مياه الصرف الصحي: التقدم في مجال الامتصاص الحيوي
20- ديناميات تكاثر البكتيريا الزرقاء الضارة وتكسيناتها: منظورات البيئة وصحة الإنسان واستراتيجيات الإدارة
21. البكتيريا الزرقاء كمصدر للجسيمات النانوية: التطبيق والتوقعات المستقبلية
22- دور الطحالب والبكتيريا الزرقاء في المعالجة البيولوجية: الاحتمالات في التدهور البيولوجي للبولي إيثيلين
23- البكتيريا الزرقاء: مصدر محتمل للأسمدة الحيوية ومركب الجسيمات النانوية المعدنية
24. البكتيريا الزرقاء: مصدر محتمل للأدوية المضادة للسرطان
25. البكتيريا الزرقاء كمصدر للأسمدة الحيوية للزراعة المستدامة


قسم علوم النبات والبيئة ، معهد علوم الحياة ، الجامعة العبرية في القدس ، القدس 91904 ، إسرائيل

قسم علوم النبات والبيئة ، معهد علوم الحياة ، الجامعة العبرية في القدس ، القدس 91904 ، إسرائيل

جامعة أنديرا غاندي الوطنية القبلية ، الهند

جامعة باناراس الهندوسية ، الهند

المعهد الملكي الهولندي لأبحاث البحار وجامعة أمستردام ، هولندا

ملخص

يسلط هذا الفصل الضوء بإيجاز على الموضوعات المتعلقة بحياة البكتيريا الزرقاء. كانت البكتيريا الزرقاء موجودة على كوكبنا لفترة طويلة جدًا. العديد منهم لديهم توزيع عالمي ، وهم كائنات نموذجية ممتازة للتحقيق في أسئلة الجغرافيا الحيوية الميكروبية والتطور. تعد البكتيريا الزرقاء من المساهمين الرئيسيين في الإنتاج الأولي للمحيطات ، وهي واحدة من أهم المجموعات التي تثبت النيتروجين الجزيئي. تكيفت تصبغها وفقًا للكثافة وأحيانًا أيضًا مع لون الضوء المتاح ، بعضها يظهر تكيفًا مفاجئًا مع الحياة في ظل الظروف اللاهوائية العديد من أنواع البكتيريا الزرقاء تزدهر في أقصى درجات الحرارة والملوحة ودرجة الحموضة ، يمكن لبعض الأنواع البقاء على قيد الحياة في الظروف المعاكسة لفترة طويلة فترات حتى عندما تكون ظروف النمو غير مناسبة. من السهل نسبيًا أن تنمو معظم أنواع البكتيريا الزرقاء في المختبر ، وقد تم الحصول على العديد منها ودراستها في الثقافة الممحوضة.


محتويات

يتكون جوهر PSII من مغاير غير متماثل زائف لبروتينين متماثلين D1 و D2. [2] على عكس مراكز التفاعل لجميع أنظمة الصور الأخرى حيث يتم مشاركة الشحنة الموجبة الموجودة على ثنائي كلوروفيل الذي يخضع لفصل الشحنة الأولي الناتج عن ضوئي بشكل متساوٍ من قبل المونومرين ، في PSII السليم يتم وضع الشحنة في الغالب على مركز كلوروفيل واحد (70) − 80٪). [3] وبسبب هذا ، فإن P680 + شديد التأكسد ويمكن أن يشارك في تقسيم الماء. [2]

يتكون النظام الضوئي الثاني (من البكتيريا الزرقاء والنباتات الخضراء) من حوالي 20 وحدة فرعية (اعتمادًا على الكائن الحي) بالإضافة إلى بروتينات أخرى ملحقة لحصاد الضوء. يحتوي كل نظام ضوئي II على ما لا يقل عن 99 عاملاً مساعدًا: 35 كلوروفيل أ ، 12 بيتا كاروتين ، اثنان فيوفيتين ، اثنان بلاستوكينون ، هيمان ، بيكربونات واحد ، 20 دهون ، المنغنيز
4 CaO
5 الكتلة (بما في ذلك اثنين من أيونات الكلوريد) ، واحد غير الهيم Fe 2+
واثنان مفترضتان Ca 2+
أيونات لكل مونومر. [4] هناك العديد من الهياكل البلورية للنظام الضوئي الثاني. [5] رموز انضمام PDB لهذا البروتين هي 3WU2 ، 3BZ1 ، 3BZ2 (3BZ1 و 3BZ2 عبارة عن هياكل أحادية من ثنائي نظام Photosystem II) ، [4] 2AXT ، 1S5L ، 1W5C ، 1ILX ، 1FE1 ، 1IZL.

معقد تطور الأكسجين هو موقع أكسدة الماء. وهو عبارة عن كتلة فلزية-أوكسو تتكون من أربعة أيونات منجنيز (في حالات أكسدة تتراوح من +3 إلى +4) [6] وأيون كالسيوم ثنائي التكافؤ. عندما يؤكسد الماء ، ينتج غاز الأكسجين والبروتونات ، فإنه يسلم بالتتابع الإلكترونات الأربعة من الماء إلى سلسلة جانبية من التيروزين (D1-Y161) ثم إلى P680 نفسه. وهو يتألف من ثلاث وحدات بروتينية فرعية ، OEE1 (PsbO) ، OEE2 (PsbP) و OEE3 (PsbQ) ، يرتبط ببتيد PsbR رابع في مكان قريب.

تم حل النموذج الهيكلي الأول للمركب المتطور للأكسجين باستخدام علم البلورات بالأشعة السينية من بلورات البروتين المجمدة بدقة 3.8 درجة مئوية في عام 2001. [7] على مدار السنوات التالية ، تمت زيادة دقة النموذج تدريجياً إلى 2.9 درجة مئوية. [8] [9] [10] في حين أن الحصول على هذه الهياكل كان بحد ذاته إنجازًا عظيمًا ، إلا أنها لم تظهر معقد تطور الأكسجين بالتفصيل الكامل. في عام 2011 ، تم حل OEC الخاص بـ PSII إلى مستوى 1.9Å كاشفة عن خمس ذرات أكسجين تعمل كجسور أوكسو تربط الذرات المعدنية الخمس وأربعة جزيئات ماء مرتبطة بمجموعة Mn4CaO5 تم العثور على أكثر من 1300 جزيء ماء في كل مونومر نظام ضوئي II ، بعضها تشكيل شبكات ربط هيدروجين واسعة النطاق قد تعمل كقنوات للبروتونات أو الماء أو جزيئات الأكسجين. [11] في هذه المرحلة ، يُقترح أن تكون الهياكل التي تم الحصول عليها بواسطة علم البلورات بالأشعة السينية متحيزة ، حيث يوجد دليل على أن ذرات المنغنيز يتم تقليلها بواسطة الأشعة السينية عالية الكثافة المستخدمة ، مما يؤدي إلى تغيير بنية OEC المرصودة. حفز هذا الباحثين على أخذ بلوراتهم إلى مرافق مختلفة للأشعة السينية ، تسمى ليزر الأشعة السينية الحرة الإلكترونية ، مثل SLAC في الولايات المتحدة. في عام 2014 تم تأكيد الهيكل الذي تمت ملاحظته في عام 2011. [12] لم تكن معرفة بنية نظام الصور الثاني كافية للكشف عن كيفية عمله بالضبط. حتى الآن بدأ السباق في حل بنية نظام الصور الثاني في مراحل مختلفة من الدورة الميكانيكية (الموضحة أدناه). حاليًا ، تم نشر هياكل الحالة S1 والحالة S3 بشكل متزامن تقريبًا من مجموعتين مختلفتين ، مما يدل على إضافة جزيء الأكسجين المعين O6 بين Mn1 و Mn4 ، [13] [14] مما يشير إلى أن هذا قد يكون الموقع على الأكسجين مجمع متطور ، حيث يتم إنتاج الأكسجين.

يعد فصل الماء عن طريق التمثيل الضوئي (أو تطور الأكسجين) أحد أهم التفاعلات على الكوكب ، لأنه مصدر كل أكسجين الغلاف الجوي تقريبًا. علاوة على ذلك ، قد يساهم تقسيم الماء الاصطناعي الضوئي في الاستخدام الفعال لأشعة الشمس كمصدر بديل للطاقة.

تُفهم آلية أكسدة الماء بتفصيل كبير. [15] [16] [17] تتطلب أكسدة الماء إلى الأكسجين الجزيئي استخراج أربعة إلكترونات وأربعة بروتونات من جزيئين من الماء. تم تقديم الدليل التجريبي على إطلاق الأكسجين من خلال التفاعل الدوري لمركب تطور الأكسجين (OEC) داخل PSII واحد بواسطة Pierre Joliot et al. [18] لقد أظهروا أنه في حالة تعرض مادة التمثيل الضوئي المتكيفة مع الظلام (النباتات العليا والطحالب والبكتيريا الزرقاء) لسلسلة من ومضات الدوران الفردي ، يتم اكتشاف تطور الأكسجين مع فترة نموذجية - أربعة تذبذب مخمد مع الحد الأقصى في الثالث و الفلاش السابع وبالحد الأدنى من الفلاش الأول والخامس (للمراجعة ، انظر [19]). بناءً على هذه التجربة ، قدم بيسيل كوك وزملاؤه [20] دورة من خمس انتقالات بفعل الوميض لما يسمى الدول S.، الذي يصف حالات الأكسدة الأربعة لـ OEC: عندما يتم تخزين أربعة مكافئات مؤكسدة (في S.4-state) ، تعود OEC إلى S الأساسي0-حالة. في غياب الضوء ، سوف "تسترخي" منظمة التعاون الاقتصادي تجاه الجنوب1 دولة S.1 غالبًا ما توصف الحالة بأنها "مستقرة مظلمة". ال S.1 تعتبر الدولة إلى حد كبير تتكون من أيونات المنغنيز مع حالات الأكسدة Mn 3+ ، Mn 3+ ، Mn 4+ ، Mn 4+. [21] وأخيرا ، فإن وسيطة S- الدول [22] اقترح جابلونسكي ولازار كآلية تنظيمية وربط بين الدول S وتيروزين Z.

في عام 2012 ، أعرب رينجر عن فكرة التغييرات الداخلية لجزيئات الماء إلى أكاسيد نموذجية في حالات S مختلفة أثناء تقسيم الماء. [23]

تستخدم مثبطات PSII كمبيدات أعشاب. هناك عائلتان كيميائيتان رئيسيتان ، التريازينات المشتقة من كلوريد السيانوريك [24] والتي يعتبر الأترازين والسمازين أكثرها شيوعًا واليوريا الآريل التي تشمل الكلورتولورون والديورون (DCMU). [25] [26]


8.9 أ: البكتيريا الزرقاء - علم الأحياء

البكتيريا الزرقاء هي مجموعة رائعة من البكتيريا التي تكيفت لاستعمار كل بيئة تقريبًا على كوكبنا. إنها بدائيات النوى الوحيدة القادرة على التمثيل الضوئي الأكسجين ، وهي مسؤولة عن ما يصل إلى 20-30 ٪ من إنتاجية التمثيل الضوئي للأرض. يمكنهم تكييف أنظمة حصاد الضوء الخاصة بهم مع التغيرات في ظروف الإضاءة المتاحة ، وإصلاح النيتروجين وإيقاع الساعة البيولوجية. بالإضافة إلى ذلك ، تظهر العديد من أنواع البكتيريا الزرقاء حركة مزلقة ويمكن أن تتمايز إلى أنواع خلايا متخصصة تسمى الكيسات غير المتجانسة ، وبعضها تكافلي. بفضل متطلباتها الغذائية البسيطة ، ومرونتها الأيضية ، والجينات القوية لبعض سلالات النموذج ، يمكن استغلال البكتيريا الزرقاء لاستخدامها كمصانع للخلايا الميكروبية لالتقاط الكربون وتخزينه ، وللإنتاج المستدام للأيضات الثانوية والوقود الحيوي. يعد فهم بيولوجيا الخلية خطوة أساسية لتحقيق ذلك.

في هذا الكتاب ، يستعرض كبار العلماء والباحثين الشباب الموضوعات الرئيسية الحالية في بيولوجيا الخلية الزرقاء البكتيرية لتقديم نظرة عامة في الوقت المناسب. تشمل الموضوعات التي يتم تناولها: الانقسام الخلوي للخلفية التاريخية ، يغلف الخلية ، استهداف بروتين غشاء الثايلاكويد ، النقل والتأقلم اللوني للجليكوجين الكربوكسيسوم كتخزين ديناميكي لحويصلات غاز السيانوفيسين الكربوني الثابتة ضوئيًا في التمايز الخلوي أحادي الخلية والخيطي في البكتيريا الزرقاء والخلوية- تنضم الخلية إلى البروتينات في البكتيريا الزرقاء المكونة للكيسات غير المتجانسة.

سيوفر هذا النص المتطور موردًا قيمًا لجميع العاملين في هذا المجال ويوصى به لجميع مكتبات علم الأحياء الدقيقة.

"يقدم هذا المورد معلومات محدثة. يعرض الأساسيات بالإضافة إلى ما هو معروف حاليًا ويتم البحث عنه ، مما يوفر الأساس لمزيد من التقدم" من Book News ، حزيران (يونيو) 2014

"أوصي بهذا الكتاب لكل طالب وعالم يعمل مع البكتيريا الزرقاء وأنا متأكد من أنه سيظل يُقرأ بعد عشر سنوات." من Biospektrum (2014) 20: 827-828.

تلخص هذه المراجعة المعرفة الحالية للخصائص الكيميائية وهيكل الجليكوجين والاحتياطيات الشبيهة بالنشا في البكتيريا الزرقاء ، والأنزيمات المختلفة وتنظيم التخليق الحيوي للجليكوجين وتدهوره ، ووظيفة استقلاب الجليكوجين في البكتيريا الزرقاء. يتم التركيز بشكل خاص على أدوارها في كفاءة التمثيل الضوئي ، أثناء عملية تخثر النيتروجين والحالة الثابتة للتفاعلات الابتنائية والتقويضية ، خاصة في ظل ظروف النمو غير المتوازنة.

7.5 كيلو دالتون) هو بروتين متحول ، يتبنى تشكيلين في ثنائى غير متماثل. تتجمع هذه في شريط أميلويد (أي ، مفتوح النهاية ، متقاطع وبيتا) يلتف حول محور الحويصلة في لولب ضحل ويقدم وجهًا أليفاتيًا إلى الداخل. من المتوقع أن يتسبب هذا الوجه الأليفاتي في تبخر الماء السائل من داخل الحويصلات الناشئة ويمنع تكثف الماء داخل الحويصلات الناضجة. يلتصق البروتين الثاني GvpC بقشرة GvpA ويقويها. لا يزال هناك الكثير لنتعلمه حول كيفية قيام أعضاء آخرين في gvp تتعاون الكتلة الجينية مع البروتينين الهيكليين الرئيسيين في تجميع وتفكيك الحويصلات. من الأمور ذات الأهمية الخاصة حقيقة أنه على الرغم من خصائص الأميلويد للحويصلات ، فإن الخلايا قادرة على تفكيكها ، من أجل النزول في عمود الماء وإعادة تدوير البروتين على ما يبدو من الحويصلات التي انهارت.

(EAN: 9781908230386 9781908230928 الموضوعات: [علم الأحياء الدقيقة] [علم الجراثيم] [علم الأحياء الدقيقة البيئية])


البكتيريا الزرقاء: حدوث ، مورفولوجيا وبنية الخلية

تعد البكتيريا الزرقاء أو الطحالب الخضراء المزرقة واحدة من أنجح الكائنات الحية في الاتحاد الأفريقي والتغذية على الأرض والتي أتقنت جميع أنواع البيئات - المياه العذبة ، ومياه البحر ، والمستنقعات المالحة ، والصخور الرطبة ، وجذوع الأشجار ، والتربة الرطبة ، والينابيع الساخنة ، والمياه المجمدة.

يمكن قياس وفرتها من حقيقة أن البحر الأحمر سمي على اسم اللون الذي توفره بكتيريا العوالق الزرقاء ذات اللون الأحمر والمعروفة باسم Trichodesmium erythraeum.

البكتيريا الزرقاء هي أكثر كائنات التمثيل الضوئي ذاتية الاحتواء. يمكنهم ، هناك & shyfore ، العيش تحت كل نوع من أنواع البيئة وعلى كل نوع من أنواع الركيزة. وبسبب هذه الحقيقة ، فهم من أوائل المستعمرين للمناطق القاحلة. كثير منهم لديهم القدرة على تثبيت النيتروجين.

مورفولوجيا البكتيريا الزرقاء:

قد تكون البكتيريا الزرقاء أحادية الخلية أو مستعمرة أو خيطية. يتكون كل خيوط من غلاف من الصمغ وواحد أو أكثر من الخيوط الخلوية التي تسمى trichomes.

قد تكون خيوط trichome المفردة من نوعين ، متجانسة (= غير متمايزة ، على سبيل المثال ، Oscillatoria) وغير متجانسة (= متباينة ، بها أكياس غير متجانسة ، على سبيل المثال ، Nostoc). السبيرولينا لديها خيوط ملفوفة حلزونيا. تتطور المستعمرات في بعض الحالات ، على سبيل المثال ، Nostoc.

الأسواط غائبة ولكن الحركات الانزلاقية معروفة في عدد من البكتيريا الزرقاء. تم إعطاء اسم Oscillatoria إلى طحلب أخضر أزرق مشترك على أساس البندول مثل الحركات المتذبذبة لمنطقته الأمامية.

هيكل خلية البكتيريا الزرقاء:

خلايا البكتيريا الزرقاء أكبر حجماً وأكثر تفصيلاً من البكتيريا. عادةً ما تكون بنية الخلية بدائية النواة - منظمة مغلفة واحدة مع جدار ببتيدوجلي وشيكاني ، DNA عاري ، ريبوسومات 70S وغياب الهياكل المرتبطة بالغشاء مثل الشبكة الإندوبلازمية ، الميتوكوندريا ، أجسام جولجي ، البلاستيدات ، الجسيمات الحالة ، فجوات النسغ.

يتكون جدار الخلية من أربع طبقات مع وجود الببتيدوغليكان في الطبقة الثانية والخجولة. يحتوي الجزء الخارجي من البروتو والشيبلاست على عدد من الثايلاكويدات الضوئية والمغلفة. يطلق عليه الكروموبلازم. تكمن الثايلاكويدات بحرية في السيتوبلازم. تحتوي أغشيتها على الكلوروفيل أ والكاروتينات والزانثوفيل & # 8217s. الكلوروفيل ب غائب.

ترتبط بأغشية الثايلاكويد حبيبات صغيرة تعرف باسم phycobilisomes. هذا الأخير يمتلك أصباغ التمثيل الضوئي الملحقة المعروفة باسم phycobilins. الفيكوبيلينات من ثلاثة أنواع - فيكوسيانين (أزرق) ، ألوفيكوسيانين (أزرق) و phycoeryth & shyrin (أحمر).

ينتج التكوين التفاضلي للفيكوبيلينات ألوانًا محددة تتكيف مع امتصاص أقصى قدر من الإشعاع الشمسي. لذلك ، لا تكون البكتيريا الزرقاء دائمًا زرقاء اللون. قد تظهر باللون الأرجواني والبنفسجي والبني وما إلى ذلك.

بدلاً من الفجوات النموذجية أو فجوات النسغ ، توجد فجوات غازية أو فجوات زائفة. تتكون كل فجوة غازية من عدد من الوحدات تحت المجهرية تسمى حويصلات الغاز. تعمل فجوات الغاز كشاشة ضوئية توفر آلية تنظيم الطفو وقوة هوائية.

يقع الحمض النووي العاري ، الدائري ، المزدوج المجدول ملفوفًا بشكل عام في الجزء المركزي من السيتوبلازم المعروف باسم Centroplasm. الحمض النووي الملفوف يكافئ كرومو واحد وخداع من الكائنات الحية الأعلى. غالبا ما يطلق عليه nucleoid. مثل البكتيريا ، قد تحدث أيضًا مقاطع DNA دائرية صغيرة بالإضافة إلى النيوكليويد.

تُعرف باسم البلازميدات أو الينقولات. تحدث الريبوسومات 70S هنا وهناك. غالبًا ما تربط مجموعة نصف دائرية من الأغشية الملفوفة غشاء البلازما بالنواة. ومن المعروف باسم لاميلا بعض. تحدث أربعة أنواع من الادراج في الخلايا. وهي حبيبات ألفا (نشا سيانوفيسيان) ، حبيبات بيتا (قطرات دهنية) ، حبيبات فولوتين وأجسام متعددة السطوح (كربوكسيلاز ثنائي فوسفات الريبولوز).

غير المتجانسة من البكتيريا الزرقاء:

وهي عبارة عن خلية ذات جدران سميكة ذات لون شاحب كبيرة الحجم تحدث في الموضع الطرفي أو المقسم أو الجانبي في البكتيريا الزرقاء الخيطية ، على سبيل المثال ، Nostoc. الجدار السميك غير منفذ للأكسجين ولكنه منفذ للنيتروجين. غمد الصمغ غائب. نظام الصور الثاني غائب.

تفتقر Thylakoids إلى phycobilisomes. لذلك ، فإن التمثيل الضوئي غائب ولكن تحدث عملية الفسفرة الضوئية الحلقية. الكيسة غير المتجانسة تعتمد في غذائها على الخلايا النباتية والخشبية المجاورة. يحتوي على إنزيم نيتروجيناز. الكيسة غير المتجانسة متخصصة في تثبيت النيتروجين.

تكاثر البكتيريا الزرقاء:

تتكاثر البكتيريا الزرقاء في الغالب بالطرق اللاجنسية. وتشمل الأخيرة الانشطار الثنائي ، والتفتت مع أو بدون تكوين شرائح صغيرة تسمى الهرمونات (الهرمونات) ، وهرمونات الأبواغ ، والأكينيتات ، والأبواغ الداخلية ، والخلايا النانوية ، والأبواغ الخارجية ، وما إلى ذلك.

التكاثر الجنسي النموذجي الذي يتضمن تكوين الأمشاج واندماجها غائب ولكن مثل البكتيريا ، يمكن أن يحدث إعادة التركيب الجيني من خلال ثلاثة أنواع من طرق التطفل الجنسي - الاقتران والتحول والتحول والتنبيغ.


تسلط أنواع البكتيريا الزرقاء الجديدة الضوء على الحياة المبكرة

يمكن أن تساعد بكتيريا Anthocerotibacter panamensis ، وهي نوع تم اكتشافه حديثًا من البكتيريا الزرقاء ، الباحثين في دراسة فجر التمثيل الضوئي الأكسجين. الائتمان: فاي وي لي

البكتيريا الزرقاء هي أحد أبطال الحياة المجهولين على الأرض. لقد تطورت لأول مرة لإجراء عملية التمثيل الضوئي منذ حوالي 2.4 مليار سنة ، وضخت أطنانًا من الأكسجين في الغلاف الجوي - وهي فترة تُعرف باسم حدث الأكسجة العظيم - والتي مكنت من تطور أشكال الحياة متعددة الخلايا.

اكتشف الباحثون ، بقيادة عضو هيئة التدريس في BTI فاي-وي لي ، نوعًا جديدًا من البكتيريا الزرقاء ، وهي بكتيريا أنثوسيروتيبكتير بانامينسيس ، والتي يمكن أن تساعد في إلقاء الضوء على كيفية تطور عملية التمثيل الضوئي لخلق العالم كما نعرفه. تم نشر العمل في علم الأحياء الحالي في 13 مايو.

قال لي: "لم نعتزم أبدًا اكتشاف نوع جديد". "لقد كان حادثا شاملا".

كان مختبره يعمل على مشروع لعزل البكتيريا الزرقاء من نباتات الزهقرنية ، ولاحظ شيئًا غريبًا في عينة من غابة مطيرة في بنما. قام الباحثون بتسلسل الحمض النووي للبكتيريا الزرقاء ، ووجدوا أنها تنتمي إلى مجموعة تسمى Gloeobacteria ، وهي نادرة للغاية.

قال لي: "قبل هذا الاكتشاف ، تم عزل نوعين فقط من البكتيريا الكروية". "هناك أيضًا مجموعة ثالثة من الأنواع غير المستزرعة من مناطق القطب الشمالي والقطب الجنوبي ، لكن لا أحد يعرف عدد الأنواع الموجودة في تلك المجموعة."

تباعدت البكتيريا الكروية عن بكتيريا Phycobacteria الأكثر شيوعًا التي تمت دراستها منذ حوالي 2 مليار سنة. المجموعتان لديهما العديد من الاختلافات ، وتتشارك A. panamensis في بعض السمات مع كل منهما.

يمكن أن تساعد بكتيريا Anthocerotibacter panamensis ، وهي نوع تم اكتشافه حديثًا من البكتيريا الزرقاء ، الباحثين في دراسة فجر التمثيل الضوئي الأكسجين. الائتمان: فاي وي لي

على غرار البكتيريا الكروية الأخرى ، فإن الأنواع الجديدة تفتقر إلى الثايلاكويدات - المقصورات المرتبطة بالغشاء والتي هي موقع التفاعلات المعتمدة على الضوء لعملية التمثيل الضوئي في البكتيريا النباتية والنباتات.

قال لي: "الآن يمكننا أن نكون متأكدين تمامًا من أن الثايلاكويد قد تطور في البكتيريا النباتية".

من ناحية أخرى ، يصنع A. panamensis الكاروتينات - مجموعة من المركبات التي تساعد على حماية الكائن الحي من أضرار أشعة الشمس - بطريقة تشبه البكتيريا النباتية والنباتات ، ولكنها تختلف عن البكتيريا الكروية الأخرى.

قال لي: "تشير هذه النتائج إلى أن مسار التخليق الحيوي الكاروتينى المحدد قد تطور في سلف جميع البكتيريا الزرقاء ، ثم فُقد في بعض البكتيريا الكروية".

قال لي إن إحدى النتائج الأكثر إثارة للاهتمام هي أن لدى A. panamensis عدد قليل جدًا من الجينات التي تشفر البروتينات التي تؤدي تفاعلات تعتمد على الضوء. The researchers found that the new species could still perform photosynthesis, but very slowly, which could be of interest to synthetic biologists.

"If you want to build a complete set of photosynthetic machinery with the fewest necessary components, then this species could inform how to do that," said Li. "Anthocerotibacter has a minimal set of photosystem subunits, but it still functions."


Supplementary Material

This research was entirely supported by the Indiana METACyt Initiative of Indiana University, funded in part through a major grant from the Lilly Endowment, Inc.

We thank Charles Clark for his help in conducting the growth rate experiments, Animesh Shukla for assistance with the bioinformatics analysis, Jon Karty for help with the HPLC and mass spectrometric analyses, and all of the members of the Kehoe laboratory for helpful discussions and thoughtful comments.


شاهد الفيديو: تكوين الابواغ في البكتيريا (ديسمبر 2022).