Информация

8.9A: Цианобактерии - Биология

8.9A: Цианобактерии - Биология


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.

Цели на обучението

Опишете характеристиките, свързани с цианобактериите, включително: типове клетки, форми на подвижност и метаболитни свойства

  • Обяснете следните закони в рамките на закона за идеалния газ

Цианобактериите, известни още като синьо-зелени бактерии, синьо-зелени водорасли и Cyanophyta, са вид бактерии, които получават енергията си чрез фотосинтеза. Смята се, че способността на цианобактериите да извършват кислородна фотосинтеза е превърнала ранната редуцираща атмосфера в окислителна, което драматично е променило състава на форми на живот на Земята чрез стимулиране на биоразнообразието и е довело до почти изчезване на организми с непоносимост към кислород. Според ендосимбиотичната теория хлоропластите в растенията и еукариотните водорасли са се развили от цианобактериални предци чрез ендосимбиоза.

РАЗПРОСТРАНЕНИЕ И ЕФЕКТ НА ЕКОСИСТЕМИТЕ

Цианобактериите могат да бъдат намерени в почти всяко сухоземно и водно местообитание. Водните цианобактерии вероятно са най -известни с обширните и видими цъфтежи, които могат да се образуват както в сладководни, така и в морска среда. Те могат да изглеждат като синьо-зелена боя или измет. Връзката на токсичността с такива цъфтежи често води до затваряне на развлекателните води, когато се наблюдава цъфтеж. Цианобактериите включват едноклетъчни и колониални видове. Колониите могат да образуват нишки, листове или дори кухи топки. Някои нишковидни колонии показват способността да се диференцират в няколко различни типа клетки, включително:

  • Вегетативни клетки, нормални, фотосинтетични клетки, които се образуват при благоприятни условия на отглеждане.
  • Akinetes, устойчивите на климат спори, които могат да се образуват, когато условията на околната среда станат сурови.
  • Дебелостенни хетероцисти, които съдържат ензима нитрогеназа, жизненоважен за фиксацията на азота. Хетероцистите също могат да се образуват при подходящи условия на околната среда (аноксични), когато фиксираният азот е оскъден.

Хетероцистообразуващите видове са специализирани за фиксиране на азот и са в състояние да свързват азотен газ с амоняк (NH3), нитрити (NO − 2) или нитрати (NO − 3). Тези молекули могат да се абсорбират от растенията и да се превръщат в протеин и нуклеинови киселини.

Хормогония

Много цианобактерии образуват подвижни нишки, наречени хормогония, които пътуват от основната биомаса до пъпки и образуват нови колонии на друго място. Клетките в хормогония често са по -тънки от тези, открити във вегетативното състояние, а клетките от двата края на подвижната верига могат да бъдат заострени. За да се откъсне от родителската колония, хормогониумът често трябва да разкъса по-слаба нишка, наречена некридий.

ЦИАНОБАКТЕРИЕВИ КЛЕТКИ И ПОДВИЖЕНИЕ

Отделните клетки на цианобактерия обикновено имат дебела, желатинова клетъчна стена. Липсват им флагели, но хормогонията и някои видове могат да се движат, като се плъзгат по повърхности. Много от многоклетъчните нишковидни форми на Oscillatoria са способни на вълнообразно движение; нишката трепти напред-назад. Във водни колони някои цианобактерии плуват, образувайки газови мехурчета, както при археите. Тези везикули не са органели като такива. Те не са ограничени от липидни мембрани, а от протеинова обвивка.

ФОТОСИНТЕЗА И ДРУГИ МЕТАБОЛИЧНИ ПРОЦЕСИ

Цианобактериите използват енергията на слънчевата светлина за стимулиране на фотосинтезата, процес, при който енергията на светлината се използва за разделяне на водните молекули на кислород, протони и електрони. Както при всеки прокариотен организъм, цианобактерът не показва ядра, нито вътрешни мембрани; много видове цианобактерии имат гънки на външните си мембрани, които функционират при фотосинтезата. Цианобактериите получават цвета си от синкавия пигмент фикоцианин, който използват за улавяне на светлина за фотосинтеза.

Фотосинтезата в цианобактериите обикновено използва вода като донор на електрони и произвежда кислород като страничен продукт, въпреки че някои видове могат да използват и сероводород, както се среща сред другите фотосинтезиращи бактерии. Въглеродният диоксид се редуцира, за да образува въглехидрати чрез цикъла на Калвин. В повечето форми фотосинтетичните машини са вградени в гънките на клетъчната мембрана, наречени тилакоиди.

Поради способността им да фиксират азот в аеробни условия, те често се срещат в симбионтични партньорства с редица други групи организми, включително, но не само гъби (лишеи), корали, птеридофити (Azolla) и покритосеменни растения (Gunnera).

Много цианобактерии са в състояние да намалят околните нива на азот и въглероден диоксид при аеробни условия, факт, който може да е отговорен за техния еволюционен и екологичен успех. Водоокисляващата фотосинтеза се осъществява чрез свързване на активността на фотосистемата (PS) II и I (Z-схема). В анаеробни условия те също могат да използват само PS I - циклично фотофосфорилиране - с донори на електрони, различни от вода (например сероводород), по същия начин като лилавите фотосинтетични бактерии.

Те също споделят археално свойство, способността да намаляват елементарната сяра чрез анаеробно дишане на тъмно. Техният фотосинтетичен електронен транспорт споделя същото отделение като компонентите на дихателния електронен транспорт. Тяхната плазмена мембрана съдържа само компоненти на дихателната верига, докато тилакоидната мембрана е домакин както на дихателен, така и на фотосинтетичен електронен транспорт.

Класификация

Цианобактериите традиционно са класифицирани по морфология в пет секции, обозначени с цифрите I-V. Първите три - Chroococcales, Pleurocapsales и Oscillatoriales - не се подкрепят от филогенетични изследвания. Последните две - Nostocales и Stigonematales - са монофилетични и съставляват хетероцистозните цианобактерии. Някои цианобактерии произвеждат токсини, наречени цианотоксини. Това води до цъфтеж на водорасли, които могат да станат вредни за други видове, включително хората, ако участващите цианобактерии произвеждат токсини.

Ключови точки

  • Цианобактериите могат да бъдат намерени в почти всяко сухоземно и водно местообитание.
  • Цианобактериите включват едноклетъчни и колониални видове.
  • Цианобактериите използват енергията на слънчевата светлина за стимулиране на фотосинтезата, процес, при който енергията на светлината се използва за разделяне на водните молекули на кислород, протони и електрони.
  • Много цианобактерии са в състояние да намалят азота и въглеродния диоксид при аеробни условия, което може да е отговорно за техния еволюционен и екологичен успех.

Ключови условия

  • цианобактерии: Цианобактериите, известни също като синьо-зелени бактерии, синьо-зелени водорасли и Cyanophyta, са вид бактерии, които получават енергията си чрез фотосинтеза.
  • фотосинтеза: Процесът, чрез който растенията и други фотоавтотрофи генерират въглехидрати и кислород от въглероден диоксид, вода и светлинна енергия в хлоропластите.
  • хетероцист: Специализирана азотфиксираща клетка, образувана от някои нишковидни цианобактерии.

Приложения на цианобактериите в биотехнологиите

Цианобактериите привлякоха много внимание през последните години поради потенциалното им приложение в биотехнологиите. Представяме преглед на литературата, описваща употребата на цианобактерии в промишлеността и секторите на услугите и предоставяме поглед върху предизвикателствата и бъдещите перспективи на областта на биотехнологията на цианобактериите. Цианобактериите са идентифицирани като богат източник на биологично активни съединения с антивирусно, антибактериално, противогъбично и противораково действие. Установено е, че няколко щама цианобактерии натрупват полихидроксиалканоати, които могат да се използват като заместител на небиоразградимите пластмаси на нефтохимическа основа. Последните проучвания показват, че замърсените с масло обекти са богати на цианобактериални консорциуми, способни да разграждат петролните компоненти. Цианобактериите в тези консорциуми улесняват процесите на разграждане, като осигуряват на свързаните с тях разграждащи масло бактерии с необходимия кислород, органични вещества и фиксиран азот. Цианобактериалният водород се счита за много обещаващ източник на алтернативна енергия и сега е наличен в търговската мрежа. В допълнение към тези приложения, цианобактериите се използват също в аквакултури, пречистване на отпадъчни води, храни, торове, производство на вторични метаболити, включително екзополизахариди, витамини, токсини, ензими и фармацевтични продукти. Бъдещите изследвания трябва да се съсредоточат върху изолирането на нови цианобактериални щамове, произвеждащи продукти с висока стойност, и генетично модифициране на съществуващи щамове, за да се осигури максимално производство на желаните продукти. Метагеномните библиотеки трябва да бъдат конструирани за откриване на нови функционални гени, които участват в биосинтеза на биотехнологично значими съединения. Мащабното промишлено производство на цианобактериалните продукти изисква оптимизиране на инкубационните условия и дизайна на ферментатора с цел повишаване на производителността.


Значение на цианобактериите: 9 Значение

1. Те ​​са едни от ранните колонизатори на голи и безплодни райони. Те осигуряват подходящи условия за растежа на други организми дори в най -враждебната среда.

2. Синьозелените водорасли функционират като храна за няколко водни животни. Спирулина редовно се събира за консумация от човека в части от Африка. Nostoc се използва по подобен начин в Китай. В Раджастан Анабаена и Спирулина се събират от езерото Самбар и се използват като фураж и оборски тор. Спирулина се култивира много лесно в резервоари и може да се използва като вкусна хранителна добавка, богата на протеини за хора и животни.

3. Няколко цианобактерии имат способността да се фиксират с азот. Филаментозните форми притежават специални големи бледи клетки или хетероцисти за това. Част от фиксирания азот излиза като екскреция. След смъртта на цианобактериите субстратът става богат на нитро и шиген. Подобни азотфиксиращи цианобактерии сега редовно се инокулират в оризовите полета. Това спестява консумация на азотни торове.

4. Цианобактериите, фиксиращи азота, често се използват за възстановяване на почви от usar, например Nostoc, Anabaena. Тези цианобактерии произвеждат кисели химикали за противодействие на алкалността на почвата и азотни съединения, които обикновено имат дефицит в тези почви.

5. Антибиотик може да бъде произведен от екстракт от Lyngbia.

6. Видовете Anabaena и Aulosira не позволяват на ларвите на комарите да растат наблизо. Такива цианобактерии могат да бъдат инокулирани в селските езера и оризовите полета, за да се предотврати растежа на комарите.

7. Цианобактериите могат да растат по стените и покривите на сградите през дъждовните сезони, причинявайки обезцветяване, корозия и течове.

8. Те произвеждат цъфтеж на водата, придавайки лоша миризма и цвят на водните обекти.

9. Някои цианобактерии произвеждат токсини, вредни за повечето водни животни. Те могат да се окажат еднакво токсични за хората, които пият или се къпят в такава вода. Важните токсини, произвеждащи цианобактерии, са Microcytic aeruginosa (= Anacystis cyanea), Anabaena flosaquae, Aphanizomenon flos-aquae.


Учени и изследователи, работещи в цианобактериите, цианобактериалната биология на околната среда, цианобактериалното земеделие и цианобактериалните молекулярни биолози. Микробиолози, еколози, физиолози, природозащитници, молекулярни биолози, агрономи, фармаколози и сродни изследователи, които искат да работят в областта на цианобактериалните изследвания

1. Цианобактериални отпечатъци в разнообразието и филогенезата
2. Цианобактериално разнообразие: Молекулярни прозрения в разнообразни среди
3. Цианобактерии в тропическа и субтропична морска среда: Разнообразие и екологична роля
4. Ресурси от база данни за цианобактериални изследвания
5. Цианобактериален пигмент и техните флуоресцентни характеристики
6. Биология на цианобактериалната мембрана в стрес с особено внимание към фотосинтезата и фотоморфогенезата
7. Цианобактерии и хомеостаза на желязо: Напредък в сидерофорите и транспортерите на метал
8. Молекулни шаперони при сгъване на протеини и управление на стреса в цианобактериите
9. Кутии с инструменти за редактиране на генома на цианобактерии: Последен напредък и бъдещи прогнози за изследвания на основна и синтетична биология
10. Влияние на приложенията на пестициди върху растежа и функцията на цианобактериите
11. Цианомика: Напредък в областта на биологията на цианобактериалната омика със специално позоваване на протеомиката и транскриптомиката
12. Водорасли и цианобактерии като източник на нови биоактивни съединения за биомедицински приложения
13. Цианобактериални малки РНК, реагиращи на стрес (sRNAs): Играчи на стрес и реакции на развитието
14. Физиологични аспекти на цианобактериалната азотна фиксация и нейните приложения в съвременните науки
15. Микоспориноподобни аминокиселини (МАА) в цианобактериите: биосинтез, функции и приложения
16. Диференциация на хетероцисти и акинети в цианобактериите: поглед към цианобактериална симбиоза
17. Цианобактериални пероксиредоксини и тяхната роля в биологията на цианобактериалния стрес
18. Цианобактериите като източник на биогориво: Последни постижения и приложения
19. Цианобактериите като незаменим инструмент за отстраняване на тежки метали от отпадъчните води: Напредък в областта на биосорбцията
20. Динамика на вредния цъфтеж на цианобактерии и техните токсини: перспективи за околната среда и човешкото здраве и стратегии за управление
21. Цианобактериите като източник на наночастици: приложение и бъдещи прогнози
22. Роля на водораслите и цианобактериите в биоремедиацията: Перспективи в биоразграждането на полиетилен
23. Цианобактерии: Потенциален източник на биотор и синтезатор на метални наночастици
24. Цианобактерии: потенциален източник на противоракови лекарства
25. Цианобактериите като източник на биоторове за устойчиво земеделие


Катедра „Науки за растенията и околната среда“, Институтът за науки за живота, Еврейския университет в Йерусалим, Йерусалим 91904, Израел

Катедра „Науки за растенията и околната среда“, Институтът за науки за живота, Еврейския университет в Йерусалим, Йерусалим 91904, Израел

Национален племенен университет Индира Ганди, Индия

Индуистки университет Банарас, Индия

Кралски нидерландски институт за морски изследвания и университет в Амстердам, Холандия

Резюме

Тази глава накратко подчертава теми, свързани с живота на цианобактериите. Цианобактериите съществуват на нашата планета от много дълго време. Много от тях имат глобално разпространение и са отлични моделни организми за изследване на въпросите на микробната биогеография и еволюция. Цианобактериите имат основен принос за първичното производство на океаните и те са една от най -важните групи, които фиксират молекулния азот. Те адаптират пигментацията си в зависимост от интензивността, а понякога и от цвета на наличната светлина, някои показват изненадваща адаптация към живот при анаеробни условия, много видове цианобактерии процъфтяват при екстремни температури, соленост и рН, някои видове могат да оцелеят в неблагоприятни условия дълго време периоди дори когато условията на растеж не са подходящи. Повечето видове цианобактерии са сравнително лесни за отглеждане в лаборатория и много от тях са получени и изследвани в аксинарна култура.


Съдържание

Ядрото на PSII се състои от псевдосиметричен хетеродимер от два хомоложни протеина D1 и D2. [2] За разлика от реакционните центрове на всички други фотосистеми, в които положителният заряд, разположен върху димера на хлорофил, който претърпява първоначалното фотоиндуцирано разделяне на заряда, се споделя по равно от двата мономера, в непокътнат PSII зарядът е локализиран предимно върху един център на хлорофил (70 -80%). [3] Поради това P680 + е силно окисляващ и може да участва в разделянето на водата. [2]

Фотосистема II (от цианобактерии и зелени растения) се състои от около 20 субединици (в зависимост от организма), както и от други допълнителни белтъци, събиращи светлина. Всяка фотосистема II съдържа най-малко 99 кофактора: 35 хлорофил а, 12 бета-каротин, два феофитина, два пластохинона, два хема, един бикарбонат, 20 липиди, Mn
4 CaO
5 клъстер (включително два хлоридни йона), един нехем Fe 2+
и два предполагаеми Ca 2+
йони на мономер. [4] Има няколко кристални структури на фотосистема II. [5] Кодовете за присъединяване към PDB за този протеин са 3WU2, 3BZ1, 3BZ2 (3BZ1 и 3BZ2 са мономерни структури на димера на Photosystem II), [4] 2AXT, 1S5L, 1W5C, 1ILX, 1FE1, 1IZL.

Комплексът, развиващ кислород, е мястото на окисляване на водата. Това е метало-оксо клъстер, състоящ се от четири манганови йона (в окислителни състояния, вариращи от +3 до +4) [6] и един двувалентен калциев йон. Когато окислява водата, произвеждайки кислороден газ и протони, той последователно доставя четирите електрона от водата към страничната верига на тирозин (D1-Y161) и след това към самия P680. Състои се от три протеинови субединици, OEE1 (PsbO), OEE2 (PsbP) и OEE3 (PsbQ), а наблизо е свързан четвърти PsbR пептид.

Първият структурен модел на кислородно-еволюиращия комплекс беше решен с помощта на рентгенова кристалография от замразени протеинови кристали с разделителна способност от 3.8Å през 2001 г. [7] През следващите години разделителната способност на модела постепенно се увеличава до 2.9Å. [8] [9] [10] Въпреки че получаването на тези структури само по себе си беше голям подвиг, те не показаха комплекса, който еволюира кислорода в пълни детайли. През 2011 г. OEC на PSII беше разрешен до ниво 1.9Å, разкривайки пет кислородни атома, служещи като оксо мостове, свързващи петте атома на метала и четири водни молекули, свързани към клъстера Mn4CaO5, във всеки мономер на фотосистема II бяха открити повече от 1300 водни молекули, някои образувайки обширни мрежи за свързване на водород, които могат да служат като канали за протони, молекули вода или кислород. [11] На този етап се предполага, че структурите, получени чрез рентгенова кристалография, са отклонени, тъй като има доказателства, че мангановите атоми се редуцират от използваните рентгенови лъчи с висока интензивност, променяйки наблюдаваната структура на OEC. Това стимулира изследователите да занесат своите кристали в различни рентгенови съоръжения, наречени лазери без рентгенови лъчи, като SLAC в САЩ. През 2014 г. структурата, наблюдавана през 2011 г., беше потвърдена. [12] Познаването на структурата на Photosystem II не беше достатъчно, за да се разкрие как работи точно. Така че сега състезанието започна да решава структурата на Photosystem II на различни етапи от механистичния цикъл (обсъдено по -долу). Понастоящем структурите на състоянието S1 и състоянието S3 са публикувани почти едновременно от две различни групи, показващи добавянето на кислородна молекула, обозначена O6 между Mn1 и Mn4, [13] [14], което предполага, че това може да е мястото на кислорода развиващ се комплекс, където се произвежда кислород.

Фотосинтетичното разделяне на водата (или отделянето на кислород) е една от най -важните реакции на планетата, тъй като е източник на почти целия кислород в атмосферата. Освен това изкуственото фотосинтетично разделяне на водата може да допринесе за ефективното използване на слънчевата светлина като алтернативен източник на енергия.

Механизмът на окисляване на водата е разбран в съществени подробности. [15] [16] [17] Окисляването на водата до молекулен кислород изисква извличане на четири електрона и четири протона от две молекули вода. Експерименталните доказателства, че кислородът се отделя чрез циклична реакция на кислороден еволюиращ комплекс (OEC) в рамките на един PSII, са предоставени от Pierre Joliot et al. [18] Те показаха, че ако тъмно-адаптираният фотосинтетичен материал (висши растения, водорасли и цианобактерии) е изложен на серия от единични светкавици, отделянето на кислород се открива с типични периоди четири затихнати трептения с максимуми на третия и седмата светкавица и с минимуми на първата и петата светкавица (за преглед вижте [19]). Въз основа на този експеримент Bessel Kok и сътрудници [20] въведоха цикъл от пет светкавични преходи на т.нар. S-състояния, описващ четирите редокс състояния на OEC: Когато са съхранени четири окислителни еквивалента (в S4(състояние), OEC се връща към своя основен S0-състояние. При липса на светлина OEC ще се „отпусне“ до S1 заяви С1 състоянието често се описва като "тъмно-стабилно". С1 Счита се, че състоянието до голяма степен се състои от манганови йони с окислителни състояния на Mn 3+, Mn 3+, Mn 4+, Mn 4+. [21] И накрая, междинни S-състояния [22] бяха предложени от Яблонски и Лазар като регулаторен механизъм и връзка между S-състояния и тирозин Z.

През 2012 г. Ренгер изрази идеята за вътрешни промени на водните молекули в типични оксиди в различни S-състояния по време на разцепването на водата. [23]

Инхибиторите на PSII се използват като хербициди. Има две основни химически фамилии, триазините, получени от циануриев хлорид [24], от които най -често се използват атразин и симазин, и ариловите уреи, които включват хлортолурон и диурон (DCMU). [25] [26]


8.9A: Цианобактерии - биология

Цианобактериите са очарователна група бактерии, които са се приспособили да колонизират почти всяка среда на нашата планета. Те са единствените прокариоти, способни на кислородна фотосинтеза, отговорни за до 20-30% от фотосинтетичната производителност на Земята. Те могат да настроят своите системи за събиране на светлина за промени в наличните светлинни условия, да фиксират азота и да имат циркадни ритми. Освен това много видове цианобактерии проявяват плъзгаща се подвижност и могат да се диференцират в специализирани клетъчни типове, наречени хетероцисти, а някои са симбиотични. Благодарение на техните прости хранителни изисквания, тяхната метаболитна пластичност и мощната генетика на някои моделни щамове, цианобактериите могат да бъдат използвани за използване като фабрики за микробни клетки за улавяне и съхранение на въглерод, както и за устойчиво производство на вторични метаболити и биогорива. Разбирането на тяхната клетъчна биология е съществена стъпка за постигането на това.

В тази книга водещи висши учени и млади изследователи преглеждат актуалните ключови теми в биологията на цианобактериалните клетки, за да предоставят навременен преглед. Обхванатите теми включват: историческо фоново клетъчно делене клетъчната обвивка протеиниране на тилакоидната мембрана насочване, транспорт и транслокация хроматично аклиматизиране карбоксизомен гликоген като динамично съхранение на подвижността на фотосинтетично фиксирани въглеродни цианофицинови газови везикули в едноклетъчни и нишковидни цианобактерии клетъчна диференциация в нишковидни цианобактерии и клетки- клетъчно свързващи протеини в цианобактерии, образуващи хетероцисти.

Този авангарден текст ще осигури ценен ресурс за всички работещи в тази област и се препоръчва за всички микробиологични библиотеки.

„този ресурс предлага актуална информация. представя основите, както и това, което в момента е известно и се изследва, като дава основание за по-нататъшен напредък“ от Book News, юни 2014 г.

„Препоръчвам тази книга на всеки студент и учен, работещ с цианобактерии и съм сигурен, че ще бъде прочетена след десет години.“ от Biospektrum (2014) 20: 827-828.

Този преглед обобщава настоящите познания за химичните свойства и структурата на гликоген и нишесте-подобни резерви в цианобактериите, различната ензимология и регулиране на биосинтеза и разграждане на гликоген и функцията на метаболизма на гликоген в цианобактериите. Специално внимание се отделя на ролята му във фотосинтетичната ефективност, по време на процеса на азотна хлороза и за стационарното състояние на анаболните и катаболните реакции, особено при небалансирани условия на растеж.

7,5 kDa) е метаморфен протеин, приемащ две конформации в асиметричен димер. Те се сглобяват в амилоидна (т.е. отворена, кръстосана и бета) лента, която се увива около оста на везикула в плитка спирала и представя алифатно лице към вътрешността. Очаква се това алифатно лице да причини изпаряване на течна вода от вътрешността на зараждащите се везикули и да предотврати кондензацията на вода вътре в зрели везикули. Втори протеин GvpC, се придържа към обвивката на GvpA и я укрепва. Остава да се научи много за това как другите членове на gvp генният клъстер си сътрудничи с двата основни структурни протеина при сглобяването и разглобяването на везикули. Особен интерес представлява фактът, че въпреки амилоидните свойства на везикулите, клетките са в състояние да ги демонтират, за да се спуснат във водния стълб и очевидно рециклират протеина от срутените мехурчета.

(EAN: 9781908230386 9781908230928 Предмети: [микробиология] [бактериология] [микробиология на околната среда] )


Цианобактерии: поява, морфология и клетъчна структура

Цианобактериите или синьозелените водорасли са едни от най-успешните аушитотрофни организми на земята, които са овладяли всички видове среди – прясна вода, морска вода, солени блата, влажни скали, стволове на дървета, влажни почви, горещи извори, замръзнали води.

Тяхното изобилие може да се прецени от факта, че Червеното море е кръстено на оцветяването, осигурено от червено оцветени планктонни цианобактерии, известни като Trichodesmium erythraeum.

Цианобактериите са най-самостоятелните фотосинтезиращи организми. Следователно те могат да живеят във всеки тип среда и върху всеки тип субстрат. Поради този факт те са едни от най -ранните колонизатори на безплодни райони. Много от тях имат способността да се фиксират с азот.

Морфология на цианобактериите:

Цианобактериите могат да бъдат едноклетъчни, колониални или нишковидни. Всяка нишка се състои от обвивка от слуз и една или повече клетъчни нишки, наречени трихоми.

Единичните трихомни нишки могат да бъдат по -нататък от два типа, хомоцистозни (= недиференцирани, например Oscillatoria) и хетероцистозни (= диференцирани, с хетероцисти, например Nostoc). Спирулина има спираловидно навита нишка. В някои случаи се развиват колонии, например Nostoc.

Флагелите отсъстват, но са известни плъзгащи движения при редица цианобактерии. Името Oscillatoria е дадено на обикновена синя зелена водорасло въз основа на махало, подобно на трептящи движения на предната му област.

Клетъчна структура на цианобактериите:

Цианобактериалните клетки са по -големи и по -сложни от бактериите. Клетъчната структура обикновено е прокариотна – организация с една обвивка с пептидогли и шиканова стена, гола ДНК, 70S рибозоми и липса на мембранно свързани структури като ендоплазмен ретикулум, митохондрии, тела на Голджи, пластиди, лизозоми, сокови вакуоли.

Клетъчната стена е четирислойна с пептидогликан, присъстващ в слоя sec & shyond. Външната част на прото&шипласта съдържа редица фотосин&шитетични тилакоиди. Нарича се хромоплазма. Тилакоидите лежат свободно в цитоплазмата. Мембраните им съдържат хлорофил а, каротени и ксантофил ’s. Хлорофил b отсъства.

Към тилакоидните мембрани са прикрепени малки гранули, известни като фикобилизоми. Последните притежават допълнителни фотосинтетични пигменти, известни като фикобилини. Фикобилините са три вида - фикоцианин (синьо), алофикоцианин (синьо) и фикоерит и ширин (червено).

Диференциалното образуване на фикобилини води до специфично оцветяване, което е пригодено да абсорбира максимално количество слънчева радиация. Следователно цианобактериите не винаги са синьозелени. Те могат да изглеждат лилаво, виолетово, кафеникаво и т.н.

Вместо типични вакуоли или сокови вакуоли се откриват газови вакуоли или псевдовакуоли. Всяка газова вакуола се състои от редица субмикроскопични единици, наречени газови везикули. Газовите вакуоли функционират като светлинен екран, осигуряващ механизъм за регулиране на плаваемостта и пневматична якост.

Гола, кръгла, двуверижна ДНК се навива обикновено в централната част на цитоплазмата, известна като центроплазма. Навитата ДНК е еквивалентна на единичен хромо и срамежлив висши организми. Често се нарича нуклеоид. Подобно на бактериите, малки кръгови ДНК сегменти също могат да се появят в допълнение към нуклеоида.

Те са известни като плазмиди или транспозони. 70S рибозоми се срещат тук и там. Полукръгла група от навити мембрани често свързва плазмената мембрана с нуклеоида. Известен е като ламела някои. В клетките се срещат четири вида включвания. Те са α-гранули (цианофицево нишесте), β-гранули (липидни капчици), волютинови гранули и полиедрични тела (рибулоза бифосфат карбоксилаза).

Хетероцист на цианобактерии:

Това е голяма бледо оцветена клетка с дебели стени, която се среща в крайно, интеркаларно или странично положение при нишковидни цианобактерии, например Nostoc. Дебелата стена е непропусклива за кислород, но пропусклива за азот. Лигавицата на лигавицата липсва. Фотосистема II отсъства.

Тилакоидите нямат фикобилизоми. Следователно фотосинтезата отсъства, но настъпва циклично фотофосфорилиране. Хетероцистата зависи от храненето си от съседни вегетативно -срамежливи клетки. Има ензим нитрогеназа. Heterocyst е специализирана за извършване на фиксация на азот.

Размножаване на цианобактерии:

Цианобактериите се размножават предимно по асексуални методи. Последните включват бинарно делене, фрагментация със или без образуване на малки сегменти, наречени хормогони (хормогония), хормоспори, акинети, ендоспори, наноцити, екзоспори и др.

Типичното сексуално размножаване, включващо образуване и сливане на гамети, отсъства, но подобно на бактериите, рекомбинацията на гени може да се осъществи чрез три типа парасексуални методи - конюгация и срамежливост, трансформация и трансдукция.


Новите видове цианобактерии прожектират ранния живот

Anthocerotibacter panamensis, новооткрит вид цианобактерии, може да помогне на изследователите да проучат зората на кислородната фотосинтеза. Кредит: Фей-Вей Ли

Цианобактериите са един от неопяваните герои на живота на Земята. Те за първи път се развиха, за да извършат фотосинтеза преди около 2,4 милиарда години, изпомпвайки тонове кислород в атмосферата - период, известен като Голямото събитие на оксигенация - което позволи еволюцията на многоклетъчните форми на живот.

Водени от преподавателя от ОТИ Фей-Вей Ли, изследователите са открили нов вид цианобактерии, Anthocerotibacter panamensis, който би могъл да помогне за осветяването на развитието на фотосинтезата, за да създаде света такъв, какъвто го познаваме. Работата е публикувана в Актуална биология на 13 май.

„Никога не сме имали намерение да откриваме нов вид“, каза Ли. - Беше пълен инцидент.

Неговата лаборатория работи по проект за изолиране на цианобактерии от растения роговици и забеляза нещо странно в проба от тропическите гори в Панама. Изследователите секвенираха ДНК на цианобактерията и откриха, че тя принадлежи към група, наречена Gloeobacteria, което е изключително рядко.

„Преди това откритие бяха изолирани само два вида Gloeobacteria“, каза Ли. "Има и трета група некултурни видове от Арктика и Антарктика, но никой не знае колко вида са в тази група."

Gloeobacteria се отклони от по -често изследваните Phycobacteria преди около 2 милиарда години. Двете групи имат много различия и A. panamensis споделя някои черти с всяка.

Anthocerotibacter panamensis, новооткрит вид цианобактерии, може да помогне на изследователите да проучат зората на кислородната фотосинтеза. Кредит: Фей-Вей Ли

Подобно на други глоеобактерии, новият вид няма тилакоиди-мембранно-свързани отделения, които са мястото на светлинно-зависимите реакции на фотосинтеза във фикобактерии и растения.

„Сега можем да сме доста сигурни, че тилакоидът е еволюирал във Phycobacteria“, каза Ли.

От друга страна, A. panamensis произвежда каротеноиди – група съединения, които помагат за защита на организма от увреждане от слънцето – по начин, подобен на фикобактериите и растенията, но различен от другите глоеобактерии.

"Тези резултати предполагат, че този конкретен път на биосинтеза на каротеноиди еволюира в предшественика на всички цианобактерии и след това е загубен в някои глоеобактерии", каза Ли.

Ли каза, че едно от по-интересните открития е, че A. panamensis има много малко гени, които кодират протеините, които изпълняват зависими от светлината реакции. 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.