- الخصائص العامة
- المنافسة والافتراس والتكافل والتآزر
- الحموضة المعوية ، مشكلة يجب حلها
- ارتفاع نفاذية الغشاء
- أهمية
- التنظيم في الكائنات المحبة للحمض
- أمثلة على الكائنات الدقيقة المحبة للحمض
- التطبيقات
- ترشيح
- الصناعات الغذائية
- المراجع
الكائنات المحبة للحمض هي نوع من الكائنات الحية الدقيقة (بدائية النواة أو حقيقية النواة) قادرة على التكاثر والعيش في بيئات تقل قيم الأس الهيدروجيني فيها عن 3. في الواقع ، مصطلح أسيدوفيلوس يأتي من اليونانية ويعني "عاشق الحمض".
يمكن أن تأتي هذه البيئات من الأنشطة البركانية مع إطلاق غازات كبريتية أو خليط من أكاسيد المعادن من مناجم الحديد. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن تكون نتاج نشاط أو استقلاب الكائنات الحية نفسها ، والتي تحمض بيئتها من أجل البقاء على قيد الحياة.
تعمل المياه الحمضية في Rio Tinto كموطن لمجموعة كبيرة ومتنوعة من الكائنات الدقيقة الحمضية التي تمنحها لونها المميز. بقلم أنطونيو دي ميخاس ، إسبانيا ، من ويكيميديا كومنز.
تنتمي الكائنات الحية المصنفة ضمن هذه الفئة أيضًا إلى مجموعة كبيرة من الكائنات الحية للغاية ، لأنها تنمو في بيئات يكون الرقم الهيدروجيني فيها حمضيًا للغاية. حيث معظم الخلايا غير قادرة على البقاء.
بالإضافة إلى ذلك ، من المهم إبراز أن هذه المجموعة من الكائنات الحية لها أهمية كبيرة من وجهة النظر البيئية والاقتصادية.
الخصائص العامة
المنافسة والافتراس والتكافل والتآزر
تنمو معظم الكائنات المحبة للحمض وتعيش في وجود الأكسجين. ومع ذلك ، هناك دليل على وجود أسيدوفيلوس يمكن أن يتطور في غياب الأكسجين وفي وجوده.
بالإضافة إلى ذلك ، تنشئ هذه الكائنات أنواعًا مختلفة من التفاعلات مع الكائنات الحية الأخرى مثل المنافسة والافتراس والتكافل والتآزر. ومن الأمثلة على ذلك ، الثقافات المختلطة من أسيدوفيلوس التي تقدم نموًا وكفاءة أعلى في أكسدة معادن الكبريت مقارنة بالمزارع الفردية.
الحموضة المعوية ، مشكلة يجب حلها
يبدو أن محبي الحموضة يشتركون في الخصائص الهيكلية والوظيفية المميزة التي تسمح لهم بتحييد الحموضة. وتشمل هذه أغشية الخلايا شديدة النفاذية ، وقدرة تنظيمية داخلية عالية ، وأنظمة نقل فريدة.
نظرًا لأن الحموضة تعيش في بيئة يكون فيها تركيز البروتونات مرتفعًا ، فقد طوروا أنظمة ضخ مسؤولة عن طرد البروتونات إلى الخارج. تحقق هذه الاستراتيجية أن درجة الحموضة الداخلية للبكتيريا قريبة جدًا من المحايدة.
طورت الكائنات المحبة للحمض نظامًا لمضخات البروتون التي تسمح لها بضخ البروتونات إلى الخارج والحفاظ على درجة الحموضة داخل الخلايا قريبة من المحايدة. بواسطة PhilMacD ، من ويكيميديا كومنز.
ومع ذلك ، في المناجم التي تحتوي على نسبة عالية من حامض الكبريتيك ، تم العثور على كائنات دقيقة بدون جدار خلوي ، مما يشير إلى أنه حتى بدون هذه الحماية فإنها تتعرض لتركيزات عالية من البروتونات.
من ناحية أخرى ، نظرًا للظروف القاسية التي تتعرض لها هذه الأنواع من الكائنات الحية الدقيقة ، يجب أن تضمن أن جميع البروتينات الخاصة بها وظيفية وليست مشوهة.
لهذا ، فإن البروتينات المصنعة لها وزن جزيئي مرتفع ، بحيث يكون هناك عدد أكبر من الروابط بين الأحماض الأمينية التي تتكون منها. وبهذه الطريقة ، يصبح حدوث كسر الروابط أكثر صعوبة ويتم إعطاء قدر أكبر من الاستقرار لبنية البروتين.
ارتفاع نفاذية الغشاء
بمجرد دخول البروتونات إلى السيتوبلازم ، تحتاج الكائنات المحبة للحمض إلى تنفيذ طرق تسمح لها بالتخفيف من آثار انخفاض درجة الحموضة الداخلية.
للمساعدة في الحفاظ على الرقم الهيدروجيني ، تمتلك الحموضة غشاء خلوي غير منفذ يحد من دخول البروتونات إلى السيتوبلازم. ويرجع ذلك إلى حقيقة أن غشاء الأركيا الحمضية يتكون من أنواع أخرى من الدهون غير تلك الموجودة في البكتيريا وأغشية الخلايا حقيقية النواة.
في العتائق ، تحتوي الفسفوليبيدات على منطقة كارهة للماء (isopenoid) ومنطقة قطبية تتكون من العمود الفقري للجليسرول ومجموعة الفوسفات. على أي حال ، فإن الاتحاد يرجع إلى رابطة الأثير ، والتي تولد مقاومة أكبر ، خاصة في درجات الحرارة العالية.
بالإضافة إلى ذلك ، في بعض الحالات ، لا تحتوي العتائق على طبقات ثنائية ، بل هي نتاج اتحاد سلسلتين مسعورتين ، وتشكلان طبقة أحادية حيث يمنحها الجزيء الوحيد من مجموعتين قطبيتين مقاومة أكبر.
من ناحية أخرى ، على الرغم من حقيقة أن الفسفوليبيدات التي تشكل أغشية البكتيريا وحقيقيات النوى تحتفظ بنفس البنية (منطقة كارهة للماء ومنطقة قطبية) ، فإن الروابط من نوع استر وتشكل طبقة ثنائية للدهون.
أهمية
من المحتمل أن تكون الكائنات المحبة للحمض مهمة في التطور لأن درجة الحموضة المنخفضة والظروف الغنية بالمعادن التي تنمو فيها قد تكون مماثلة للظروف البركانية تحت سطح البحر في الأرض المبكرة.
وبالتالي ، يمكن أن تمثل الكائنات المحبة للحمض بقايا بدائية نشأت منها حياة أكثر تعقيدًا.
بالإضافة إلى ذلك ، نظرًا لأن عمليات التمثيل الغذائي قد تكون قد نشأت على سطح معادن الكبريتيد ، فمن المحتمل أن تكون بنية الحمض النووي لهذه الكائنات قد حدثت عند درجة الحموضة الحمضية.
التنظيم في الكائنات المحبة للحمض
يعد تنظيم الأس الهيدروجيني أمرًا ضروريًا لجميع الكائنات الحية ، ولهذا السبب تحتاج الحموضة إلى الحصول على درجة حموضة داخل الخلايا قريبة من المحايدة.
ومع ذلك ، فإن الكائنات المحبة للحمض قادرة على تحمل تدرجات الأس الهيدروجيني بعدة أوامر من حيث الحجم ، مقارنة بالكائنات التي تنمو فقط عند الأس الهيدروجيني القريب من المحايد. مثال على ذلك Thermoplasma acidophilum القادر على العيش عند درجة الحموضة 1.4 مع الحفاظ على الرقم الهيدروجيني الداخلي عند 6.4.
الشيء المثير للاهتمام حول الكائنات الحية المحبة للحمض هو أنها تستفيد من تدرج الأس الهيدروجيني لإنتاج الطاقة من خلال القوة المحركة للبروتون.
أمثلة على الكائنات الدقيقة المحبة للحمض
يتم توزيع الكائنات المحبة للحمض في الغالب في البكتيريا والعتائق وتساهم في العديد من الدورات الكيميائية الجيولوجية الحيوية ، والتي تشمل دورات الحديد والكبريت.
من بين أولها لدينا Ferroplasma acidarmanus ، وهي عترة قادرة على النمو في بيئات ذات درجة حموضة قريبة من الصفر. بدائيات النوى الأخرى هي Picrophilus oshimae و Picrophilus torridus ، وهي أيضًا محبة للحرارة وتنمو في الحفر البركانية اليابانية.
لدينا أيضًا بعض حقيقيات النوى الحمضية مثل Cyanidyum caldariuym ، القادرة على العيش عند درجة حموضة قريبة من الصفر ، مما يحافظ على الجزء الداخلي من الخلية عند مستوى محايد تقريبًا.
أسيلات الأكونتيوم ، سيفالوسبوريوم س. و Trichosporon cerebriae ، هي ثلاث حقيقيات النوى من مملكة الفطريات. البعض الآخر المثير للاهتمام بنفس القدر هو Picrophilus oshimae و Picrophilus torridus.
التطبيقات
ترشيح
يتمثل أحد الأدوار المهمة للكائنات الدقيقة المحبة للحمض في تطبيق التكنولوجيا الحيوية ، خاصة في استخلاص المعادن من المعادن ، مما يقلل بشكل كبير من الملوثات الناتجة عن الطرق الكيميائية التقليدية (النض).
هذه العملية مفيدة بشكل خاص في تعدين النحاس ، حيث ، على سبيل المثال ، يمكن أن تعمل Thobacillus sulfolobus كمحفز وتسريع معدل أكسدة كبريتات النحاس التي تتشكل أثناء الأكسدة ، مما يساعد على إذابة المعدن.
الصناعات الغذائية
تحتوي الكائنات المحبة للحمض على إنزيمات ذات أهمية صناعية كونها مصدرًا للإنزيمات المستقرة الحمضية مع تطبيقات كمواد تشحيم.
بالإضافة إلى ذلك ، في صناعة المواد الغذائية ، يتم استخدام إنتاج الأميلاز والجلوكومايلاز لمعالجة النشا ، والمخابز ، وتجهيز عصائر الفاكهة.
بالإضافة إلى ذلك ، فهي تستخدم على نطاق واسع في إنتاج البروتياز والسليولاز التي تستخدم كمكونات لتغذية الحيوانات وفي تصنيع المنتجات الصيدلانية.
المراجع
- بيكر أوستن سي ، دوبسون م.الحياة في الحمض: توازن درجة الحموضة في الحموضة. اتجاهات ميكروبيول. 2007 ؛ 15 (4): 165-71.
- إدواردز كي جي ، بوند بل ، جيرينج TM ، بانفيلد جي إف. حمض Arqueal شديد المؤكسد للحديد مهم في تصريف منجم الأحماض. علم. 2000 ؛ 287: 1796-1799.
- Horikoshi K. Alkaliphiles: بعض تطبيقات منتجاتهم في مجال التكنولوجيا الحيوية. مراجعات علم الأحياء الدقيقة والبيولوجيا الجزيئية. 1999 ؛ 63: 735-750.
- كار NS ، داسغوبتا أك. الدور المحتمل لشحنة السطح في تنظيم الغشاء في حامض الهندي. مجلة الكيمياء الحيوية والفيزياء الحيوية. تسعة عشر وستة وتسعين ؛ 33: 398-402.
- Macalady JL ، Vestling MM ، Baumler D ، Boekelheide N ، Kaspar CW ، Banfield JF. الطبقات الأحادية الغشائية المرتبطة بالرباعية في Ferroplasma spp: مفتاح البقاء في الحمض. المتطرفون. 2004 ؛ 8: 411-419
- Madigan MT، Martinko JM، Parker J. 2003. التنوع بدائيات النواة: أرشيا. في: Madigan MT ، Martinko JM ، Parker J. (محرران). ميكروبيولوجيا بروك للكائنات الدقيقة. عشرة طبعة. إد بيرسون برنتيس هول ، مدريد ، ص 741-766.
- Schleper C ، Pühler G ، Kühlmorgen B ، Zillig W. الحياة عند درجة حموضة منخفضة للغاية. طبيعة. تسعة عشر خمسة وتسعين 375: 741-742.
- Wiegel J ، Keubrin UV. Alkalitermophiles. معاملات المجتمع البيوكيميائية. 2004 ؛ 32: 193-198.