ACIDOFILE: KARAKTERISTIKA, EKSEMPLER PÅ MIKROORGANISMER, ANVENDELSER - BIOLOGI - 2025

Acidofile organismer er en type mikroorganisme (prokaryot eller eukaryot), der er i stand til at reproducere og leve i miljøer, hvis pH-værdier er mindre end 3. Faktisk kommer udtrykket acidophilus fra det græske og betyder "syreelsker".

Disse miljøer kan komme fra vulkanaktiviteter med frigivelse af svovlholdige gasser eller en blanding af metalliske oxider fra jernminer. Derudover kan de være et produkt af aktiviteten eller stofskiftet af organismerne selv, som syrner deres eget miljø for at overleve.

Det sure vand i Rio Tinto tjener som et levested for en lang række syrefilfilter, der giver den sin karakteristiske farve. Af Antonio de Mijas, Spanien, fra Wikimedia Commons.

Organismer, der er klassificeret inden for denne kategori, hører også til den store gruppe ekstremofile organismer, da de vokser i miljøer, hvis pH er meget sur. Hvor de fleste celler ikke er i stand til at overleve.

Derudover er det vigtigt at fremhæve, at denne gruppe af organismer er af stor betydning set fra det økologiske og økonomiske synspunkt.

Generelle karakteristika

Konkurrence, predation, gensidighed og synergi

De fleste acidofile organismer vokser og lever i nærvær af ilt. Der er dog tegn på acidophilus, der kan udvikle sig både i fravær og i nærvær af ilt.

Derudover etablerer disse organismer forskellige typer interaktioner med andre organismer såsom konkurrence, predation, gensidighed og synergi. Et eksempel er de blandede kulturer af acidophilus, der giver en højere vækst og effektivitet i oxidationen af ​​svovlmineraler end de individuelle kulturer.

Halsbrand, et problem at løse

Acidofile ser ud til at have karakteristiske strukturelle og funktionelle egenskaber, der giver dem mulighed for at neutralisere surhedsgraden. Disse inkluderer meget uigennemtrængelige cellemembraner, en høj intern reguleringskapacitet og unikke transportsystemer.

Da acidofile lever i et miljø, hvor koncentrationen af ​​protoner er høj, har de udviklet pumpesystemer, der er ansvarlige for at udvise protoner til ydersiden. Denne strategi opnår, at det indre af bakterierne har en pH-værdi, der er meget tæt på neutral.

Acidofile organismer har udviklet et system af protonpumper, der giver dem mulighed for at pumpe protoner udad og holde den intracellulære pH tæt på neutral. Af PhilMacD, fra Wikimedia Commons.

Imidlertid er der i miner med et højt indhold af svovlsyre fundet mikroorganismer uden en cellevæg, hvilket indikerer, at selv uden denne beskyttelse udsættes de for høje koncentrationer af protoner.

På den anden side skal de på grund af de ekstreme forhold, som disse typer mikroorganismer udsættes for, garantere, at alle deres proteiner er funktionelle og ikke denatureret.

Til dette har de syntetiserede proteiner en høj molekylvægt, så der er et større antal bindinger mellem aminosyrerne, der udgør dem. På denne måde bliver det vanskeligere for brud på bindingerne at forekomme, og proteinstrukturen gives større stabilitet.

Høj membran impermeabilitet

Når protonerne er kommet ind i cytoplasmaet, skal acidofile organismer implementere metoder, der giver dem mulighed for at lindre virkningerne af en reduceret intern pH.

For at hjælpe med at opretholde pH har acidofiler en uigennemtrængelig cellemembran, der begrænser indtræden af ​​protoner i cytoplasmaet. Dette skyldes det faktum, at archaea acidophiles membran består af andre typer lipider end dem, der findes i bakterier og eukaryote cellemembraner.

I archaea har phospholipider et hydrofobt (isopenoid) område, og et polært område, der består af glycerolskelettet og phosphatgruppen. Under alle omstændigheder skyldes samlingen en etherbinding, der genererer større modstand, især ved høje temperaturer.

Derudover har archaea i nogle tilfælde ikke dobbeltlag, men snarere produktet af sammenblandingen af ​​to hydrofobe kæder, de danner et monolag, hvor det eneste molekyle i to polære grupper giver dem større modstand.

På den anden side til trods for, at phospholipiderne, der udgør membranerne af bakterier og eukaryoter, har den samme struktur (et hydrofobt og et polært område), er bindingerne estertype og danner et lipid-dobbeltlag.

Betydningen af

Acidofile organismer er af potentiel betydning i udviklingen, fordi de lave pH-værdier og metalrige betingelser, hvori de vokser, kan have svaret til de undersøiske vulkanske forhold i den tidlige jord.

Således kunne acidofile organismer repræsentere overordnede relikvier, hvorfra mere komplekst liv udviklede sig.

Eftersom de metabolske processer kunne have stammet på sulfidmineralernes overflade kunne muligvis DNA-strukturen af ​​disse organismer have fundet sted ved sur pH.

Regulering i acidofile organismer

Regulering af pH er væsentlig for alle organismer, derfor skal acidofile have en intracellulær pH ​​tæt på neutral.

Acidofile organismer er imidlertid i stand til at tolerere pH-gradienter af flere størrelsesordener sammenlignet med organismer, der kun vokser ved pH-værdier tæt på neutral. Et eksempel er Thermoplasma acidophilum, der er i stand til at leve ved pH 1,4, mens den indre pH opretholdes på 6,4.

Det interessante ved acidofile organismer er, at de drager fordel af denne pH-gradient til at producere energi gennem en protonmotivkraft.

Eksempler på acidofile mikroorganismer

Acidofile organismer er overvejende distribueret i bakterier og archaea og bidrager til adskillige biogeokemiske cyklusser, der inkluderer jern- og svovlcyklusserne.

Blandt de første har vi Ferroplasma acidarmanus, som er en archa, der er i stand til at vokse i miljøer med en pH tæt på nul. Andre prokaryoter er Picrophilus oshimae og Picrophilus torridus, som også er termofile og vokser i japanske vulkankrater.

Vi har også nogle acidofile eukaryoter, såsom Cyanidyum caldariuym, som er i stand til at leve ved en pH-værdi tæt på nul, hvilket holder det indre af cellen på et næsten neutralt niveau.

Acontium cylatium, Cephalosporium sp. og Trichosporon cerebriae, er tre eukaryoter fra Fungi Kingdom. Andre lige så interessante er Picrophilus oshimae og Picrophilus torridus.

Applikationer

udvaskning

En vigtig rolle af acidofile mikroorganismer involverer deres bioteknologiske anvendelse, specifikt i ekstraktion af metaller fra mineraler, hvilket markant reducerer de forurenende stoffer, der genereres ved traditionelle kemiske metoder (udvaskning).

Denne proces er især nyttig i kobberindvinding, hvor for eksempel Thobacillus sulfolobus kan fungere som en katalysator og fremskynde oxidationshastigheden af ​​kobbersulfat, der dannes under oxidation, hvilket hjælper solubiliseringen af ​​metallet.

Fødevareindustri

Acidofile organismer har enzymer af industriel interesse og er en kilde til syrestabile enzymer, der anvendes som smøremidler.

Derudover anvendes produktionen af ​​amylaser og glucoamylaser i fødevareindustrien til forarbejdning af stivelse, bageri, forarbejdning af frugtsaft.

Derudover er de vidt brugt til fremstilling af proteaser og cellulaser, der anvendes som dyrefoderbestanddele og til fremstilling af farmaceutiske produkter.

Referencer

1. Baker-Austin C, Dopson M. Liv i syre: pH-homeostase i acidofile. Tendenser Microbiol. 2007; 15 (4): 165-71.
2. Edwards KJ, Bond PL, Gihring TM, Banfield JF. En Arqueal jernoxiderende ekstrem acidophile vigtig i syre mine dræning. Videnskab. 2000; 287: 1796-1799.
3. Horikoshi K. Alkaliphiles: Nogle anvendelser af deres produkter til bioteknologi. Anmeldelser af mikrobiologi og molekylærbiologi. 1999; 63: 735-750.
4. Kar NS, Dasgupta AK. Den mulige rolle af overfladeladning i membranorganisation i en acidophile, indisk. Tidsskrift for biokemi og biofysik. 19 nitti seks; 33: 398-402.
5. Macalady JL, Vestling MM, Baumler D, Boekelheide N, Kaspar CW, Banfield JF. Tetraetherbundne membranmonolag i Ferroplasma spp: en nøgle til overlevelse i syre. Extremofiler. 2004; 8: 411-419
6. Madigan MT, Martinko JM, Parker J. 2003. Prokaryotic Diversity: Archea. I: Madigan MT, Martinko JM, Parker J. (red.) Brock mikrobiologi af mikroorganismer. Ti udgave. Ed. Pearson-Prentice Hall, Madrid, s. 741-766.
7. Schleper C, Pühler G, Kühlmorgen B, Zillig W. Liv ved ekstremt lav pH. Natur. 19 nittifem; 375: 741-742.
8. Wiegel J, Keubrin UV. Alkalitermophiles. Biokemiske samfundstransaktioner. 2004; 32: 193-198.