Para saintis mendapati bagaimana archaebacteria bertahan pada cuka • Elena Naimark • Berita sains mengenai "Unsur" • Biokimia, Kimia, Mikrobiologi

Para saintis menemui bagaimana archaebacteria bertahan pada cuka

Batu-batu yang ditutupi garam di tepi Laut Mati adalah bukti jelas mengenai keadaan hipersalin yang penduduknya telah menyesuaikan diri; antaranya ialah archebacterium Haloarcula marismortui, yang mengeksploitasi rantaian tindak balas biokimia khusus untuk tenaga dan mengekalkan keseimbangan osmosis. Foto dari www.rsc.org

Kumpulan antarabangsa biokimia telah menunjukkan bagaimana organisma heterotrophik boleh tumbuh dan mendapat tenaga tanpa menggunakan glukosa dan lemak. Dua kaedah tersebut telah diketahui sebelum ini (mereka dieksploitasi oleh binatang, bakteria, tumbuhan dan kulat). Kini saintis tahu bagaimana archaebacteria berjaya – ini adalah kaedah ketiga, alternatif. Rantai tindak balas kimia yang telah dicipta oleh arkea sesuai untuk keadaan kemasinan yang tinggi dan kandungan bahan nitrogen yang tinggi. Kaedah ketiga ini bukan sahaja dapat mensintesis karbohidrat yang diperlukan, tetapi juga untuk mengekalkan keseimbangan osmosis dalam sel. Gen-gen enzim yang berkhidmat dalam rantaian kimia ini, arkea dipinjam dari bakteria oleh pemindahan mendatar.

Setiap benda hidup menggunakan makanan. Untuk semua, tanpa pengecualian, ia berfungsi sebagai sumber bahan binaan, tenaga, serta pemangkin untuk tindak balas kimia dan bahan penyangga persekitaran dalaman.Tenaga dalam sel-sel organisma aerobik diperoleh semasa pelaksanaan kitaran asid trikarboksilat, atau kitaran Krebs, dinamakan untuk ahli sains yang menemuinya. Kitaran ini adalah rantai tindak balas berturut-turut di mana asid piruvat (hasil pembelahan glukosa) melalui satu siri tindak balas pertengahan bertukar menjadi karbon dioksida dan air; Setiap peringkat kitaran ini mempunyai enzim sendiri. Matlamat transformasi ini adalah untuk mendapatkan dan stok jumlah maksimum tenaga. Bahan bangunan untuk memasukkan kitaran ini ialah molekul asetil yang digabungkan dengan koenzim A, atau asetil CoA, dan oksigen karbohidrat berat molekul rendah. Semua vertebrata mengambil karbohidrat rendah molekul asas ini, termasuk asetil-CoA, dengan membelah glukosa dan lemak (lihat: Metabolisme badan keton). Mereka tidak dapat mensintesis asetil dan oksaloasetat.

Tetapi tumbuhan, bakteria dan kulat boleh mendapatkan oksaloasetat dan asetil dari rantaian tindak balas yang lain, ditambah pula dengan kitaran Krebs. Ini adalah kitaran glyoxylate yang dipanggil. Laluan ini mendapat namanya dari nama produk perantaraan penukaran isocitrate kepada oxaloacetate: pemisahan isocitrate memberikan glyoxylate dan succinate, dan glyoxylate, menggabungkan dengan asetil-CoA,berubah menjadi malate dan seterusnya menjadi oksaloasetat. Masukkan biokimia ini memerlukan kehadiran dua enzim tertentu. Pembahagian pertama adalah isocitrate, dan yang kedua menggabungkan succinate dan glyoxylate. Pemilik memasukkan kitaran kitaran Krebs ini boleh tumbuh pada sebatian asid asetik (pada asetat). Oleh itu, jika organisma mempunyai kedua-dua enzim daripada kitaran glyoxylate dan ia tumbuh dengan menggunakan asetat, maka ia mengikuti bahawa ia menggunakan kaedah sintesis sintetik asid sitrik.

Kitaran asimilasi acetate yang diketahui hari ini: A – kitaran asid tricarboxylic, atau kitaran Krebs; B – kitaran glyoxylate; C – laluan etilmalonyl di mana malat dan succinate diperolehi daripada asetat melalui produk perantaraan etilmalonyl-coA; D – kitaran meteaspartate. Mengenai semua skim dalam kalangan menunjukkan bilangan atom karbon, dan dalam bar sisi – Reaksi kimia terperinci mengenai "pemasukan glutamat-methyl-partartan" kitaran matiaspartate. Skim dari rencana artikel Scott A. Ensign Sains

Dan jika badan tumbuh pada asetat, tetapi ia tidak mempunyai enzim daripada jalur glyoxylate? Kemudian apa yang perlu dilakukan? Ini betul-betul masalah saintis yang dihadapi ketika menganalisis biokimia archaebacteria Haloarcula marismortui. Archean ini tinggal di Laut Mati (seperti berikut dari nama Latinnya) dan, dengan itu, disesuaikan dengan kemasinan yang tinggi. Menyelesaikan teka-teki biokimia mengetuai kumpulan biokimia antarabangsa, yang diketuai oleh Ivan Berg, mewakili Universiti Freiburg (Jerman), kepada penemuan laluan metabolik baru. Pelaksanaannya, seperti kitaran glyoxylate, membawa kepada sintesis malate dan oxaloacetate dari isocitrate.

Secara teorinya, terdapat satu lagi laluan metabolik di mana malate disintesis – ini adalah tindak balas etilmalonyl-coA yang dipanggil. Rantai ini adalah sedemikian rupa bahawa glyoxylate disintesis dari dua molekul asetat dan dua molekul karbon dioksida (dan dari kedua-dua malat dan oksaloasetat) dan succinate (jalan ini ditunjukkan dalam kedua-dua angka). Tetapi penghuni Laut Mati kami tidak menemui gen tunggal enzim yang diperlukan untuk rantaian ini.

Tiga cara transformasi karbohidrat berat molekul rendah, akibatnya tenaga disimpan dan substrat asli diisi semula. Anak panah merah Reaksi ditunjukkan di mana molekul karbon ditambah ke substrat. Gambar dari artikel dibincangkan oleh Maria Khomyakova, et al. dalam Sains

Masalah biokimia telah diselesaikan dari dua pihak: percubaan dengan ujian seterusnya terhadap produk sisa bakteria dan dengan membandingkan genom bakteria dan arkea yang berbeza.

Saintis dibangkitkan Haloarcula dari Laut Mati pada dua persekitaran – asetat dan succinate. Kemudian mereka mendapati bahawa perbezaan dalam ungkapan gen paling ketara dalam kedua-dua varian. Untuk versi asetik, empat enzim telah didedahkan yang tidak hadir dalam bakteria suksinat. Gen-gen enzim-enzim ini dibaca bersama dan terletak berhampiran dengan enzim lain untuk sintesis asetil CoA.

Ini bermakna bahawa semua enzim dikaitkan dalam satu operasi metabolik, digabungkan dengan kerja asetil-CoA. Para saintis telah mencadangkan rantaian biokimia hipotesis di mana semua enzim ini akan mengambil bahagian. Ini berubah menjadi asid sitrik ke dalam isocitrate yang dikenali kepada kita (sebahagian biasa untuk semua kitaran), dan kemudian transformasi produk ini menjadi glutamat (nama "monosodium glutamat" sekarang diketahui oleh semua, kerana ia digunakan secara meluas sebagai aditif perasa di hampir semua rempah-rempah dan kering ). Pembentukan glutamat dan metil aspartat – hubungan utama laluan metabolik ini – mungkin dalam persekitaran yang kaya dengan sebatian nitrogen (dalam kes kita, baca organik)seperti untuk tindak balas tindak balas ammonium perlu. Menggunakan kaedah kromatografi cecair bertekanan tinggi, para saintis menemui kehadiran produk perantaraan jalur metil aspartat. Oleh itu, jalan hipotesis telah mendapat bukti yang ketara.

Gen enzim kitaran methylspartate adalah serupa dengan gen bakteria yang berbeza, bukan archaea. Ini bermakna bahawa mereka telah diperoleh oleh archaea oleh pemindahan mendatar. Lebih-lebih lagi, dalam bakteria, enzim homologus melaksanakan fungsi yang berbeza dan memangkinkan tindak balas yang sama sekali berbeza. Akan tetapi, nampaknya, enzim-enzim ini diperlukan (atau, lebih baik untuk mengatakan, mudah) ke archaea halophilic, kerana mereka memperoleh gen yang sesuai, mengubahnya dan dipasang ke operon untuk melaksanakan fungsi-fungsi baru yang spesifik.

Kenapa kitaran metilaspartate berguna untuk archaebacteria? Lagipun, jika hanya untuk menilai, maka bakteria perlu mendapatkan glyoxylate dan succinate dari isocitrate. Mereka yang menggunakan laluan glyoxylate melakukan prosedur ini dalam dua langkah, dan pencipta metil aspartate melakukan sebanyak sembilan. Ya, ia memerlukan persekitaran yang kaya dengan bahan organik.Kenapa semua komplikasi ini? Para saintis telah mencadangkan bahawa dalam keadaan super saline, pengumpulan glutamat dapat membawa manfaat ganda atau bahkan tiga kali ganda. Pertama, laksanakan jalur sintesis metil aspartate malate. Kedua, untuk mengekalkan disebabkan oleh keseimbangan osmosis glutamat dengan persekitaran luaran. Ketiga, gunakan polimer glutamat sebagai bahan simpanan dalam kes kelaparan. Dua kelebihan terakhir dapat menjadi penyelesaian yang baik untuk masalah kehidupan bagi halofil, yang ada dengan aliran bahan organik yang tidak merata ke takungan.

Kerja biokimia yang kompleks ini sangat menggambarkan kaedah yang digunakan oleh populasi mikroworld. Sekiranya ia menguntungkan mereka (secara bertenaga atau kewangan) untuk menggunakan satu atau substrat lain, maka mereka boleh dengan mudah meminjam gen yang diperlukan atau beberapa, memasukkannya ke dalam genom mereka, memperbetulkannya untuk melaksanakan fungsi baru, menyambungkannya dengan orang lain – dan sekarang persekitaran bermusuhan menjadi selesa dan boleh dihuni. .

Kajian-kajian sedemikian secara beransur-ansur akan meyakinkan kita bahawa di dunia bakteria, pemisahan genom organisma individu dan spesies individu mempunyai batasan yang sama sekali berbeza dan, mungkin, sifat yang berbeza daripada di dunia makro yang kita gunakan.

Sumber:
1) Maria Khomyakova, Özlem Bükmez, Lorenz K.Thomas, Tobias J. Erb, Ivan A. Berg. Kitaran Methylaspartate di Haloarchaea // Sains. 21 Januari 2011. V. 331. P. 334-337. DOI: 10.1126 / sains.1196544.
2) Scott A. Ensign. Satu lagi Laluan Mikroba untuk Asimilasi Aset // Sains. 21 Januari 2011. V. 331. P. 294-295. DOI: 10.1126 / sains.1201252.

Elena Naimark


Like this post? Please share to your friends:
Tinggalkan Balasan

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: