Տեղեկատվություն

17. Ե. Մանրէների աճ և էներգիայի արտադրություն (վարժություններ) - կենսաբանություն


Սրանք տնային վարժություններ են, որոնք կուղեկցեն Կայզերի «Մանրէաբանություն» տեքստային քարտեզին: Մանրէաբանությունը միկրոօրգանիզմների ուսումնասիրություն է, որոնք սահմանվում են որպես ցանկացած մանրադիտակային օրգանիզմ, որը ներառում է կամ մեկ բջիջ (միաբջիջ), բջջային կլաստերներ կամ ընդհանրապես բջիջ (բջջային): Սա ներառում է էուկարիոտներ, ինչպիսիք են սնկերը և պրոտիստները և պրոկարիոտները: Ուսումնասիրվում են նաև վիրուսներն ու պրիոնները, չնայած խստորեն դասակարգված չեն որպես կենդանի օրգանիզմներ:

17.1. Բակտերիաների աճ

Ուսումնասիրեք այս բաժնի նյութը և ապա գրեք այս հարցի պատասխանները: Մի սեղմեք պատասխանների վրա և դրանք դուրս գրեք: Սա չի ստուգի այս ձեռնարկի ձեր ըմբռնումը:

  1. Համապատասխանեցրեք հետևյալը.

    _____ Բնակչությունը կրկնապատկվում է ամեն սերունդ: (անս)

    _____ Մեկ բջիջ բաժանվում է երկուսի: (անս)

    _____ ismsամանակը, որն անհրաժեշտ է օրգանիզմների պոպուլյացիային կրկնապատկելու համար: (անս)

    1. երկուական տրոհում
    2. սերնդի ժամանակը
    3. երկրաչափական առաջընթաց
  2. Եթե ​​սկսեցիք 1000 -ով E. coli սերնդի 30 րոպե տևողությամբ, քանի՞ բակտերիա կունենաք 3 ժամ հետո: (անս)
  3. Համապատասխանեցրեք հետևյալը.

    _____ Փուլ, որտեղ բնակչությունը դանդաղ է աճում կամ դադարում է աճել ՝ սննդի նվազման, թափոնների ավելացման և տարածքի բացակայության պատճառով: Կրկնօրինակման արագությունը հավասարակշռված է արգելակման կամ մահվան արագությամբ: (անս)

    _____ Փուլ, որտեղ բնակչությունը երկրաչափական մահանում է թափոնների կուտակումից, չնայած մահացության արագությունը կախված է թունավորության աստիճանից և տեսակների դիմադրողականությունից: (անս)

    _____ Փուլ, որտեղ աճը համեմատաբար հարթ է, և թվում է, թե բնակչությունը կամ չի աճում կամ բավական դանդաղ է աճում: Այս փուլում նոր պատվաստված բջիջները հարմարվում են իրենց նոր միջավայրին և սինթեզում են մոլեկուլները, որոնք անհրաժեշտ կլինեն արագ աճելու համար: (անս)

    _____ Փուլ, որտեղ բնակչությունը երկրաչափորեն աճում է այնքան ժամանակ, քանի դեռ կա բավարար սնունդ և տարածք աճի համար: (անս)

    1. Հետաձգման փուլ
    2. Էքսպոնենցիալ (տեղեկամատյան) աճի փուլ
    3. Ստացիոնար փուլ
    4. Մահվան (անկման) փուլ

17.2. Բակտերիաների աճի վրա ազդող գործոններ

Ուսումնասիրեք այս բաժնի նյութը և ապա գրեք այս հարցի պատասխանները: Սա չի ստուգի այս ձեռնարկի ձեր ըմբռնումը:

  1. Համապատասխանեցում

    _____ Բակտերիաներ, որոնք լավագույնս զարգանում են չափավոր ջերմաստիճաններում: Նրանց աճի օպտիմալ ջերմաստիճանը 25C-ից 45C է: (անս)

    _____ Սառը սիրող բակտերիաներ: Նրանց աճի օպտիմալ ջերմաստիճանը -5C- ից 15C- ի սահմաններում է: Սովորաբար դրանք հանդիպում են Արկտիկայի և Անտարկտիկայի շրջաններում և սառցադաշտերից սնվող առվակներում: (անս)

    _____ Օրգանիզմներ, որոնք աճում են թթվածնով կամ առանց դրա, բայց ընդհանուր առմամբ ավելի լավ են թթվածնով: (անս)

    _____ Օրգանիզմներ, որոնք աճում են միայն թթվածնի բացակայության պայմաններում և, ըստ էության, հաճախ կանխարգելվում կամ ոչնչանում են դրա ներկայությամբ: (անս)

    _____ Միջավայր, որտեղ ջրի կոնցենտրացիան ավելի մեծ է բջիջից դուրս, իսկ լուծվող նյութի կոնցենտրացիան `ավելի բարձր: Ջուրը մտնում է խուց: (անս)

    _____ Օրգանիզմներ, որոնք օգտագործում են քիմիական միացությունների օքսիդացումն ու նվազեցումը որպես իրենց հիմնական էներգիայի աղբյուր: (անս)

    _____ Օրգանիզմներ, որոնք օգտագործում են լույսը որպես էներգիայի աղբյուր և ածխաթթու գազը `որպես իրենց հիմնական ածխածնի աղբյուր: (անս)

    _____ Օրգանիզմներ, որոնք օգտագործում են օրգանական միացությունները և՛ որպես էներգիայի աղբյուր, և՛ որպես ածխածնի աղբյուր: (անս)

    _____ Օրգանիզմներ, որոնք օգտագործում են լույսը որպես էներգիայի աղբյուր, բայց չեն կարող ածխաթթու գազը վերածել էներգիայի: Փոխարենը նրանք օգտագործում են օրգանական միացություններ որպես ածխածնի աղբյուր: (անս)

    1. ֆոտոատոտրոֆներ
    2. ֆոտոհետերոտրոֆներ
    3. քիմոլիտոավտոտրոֆներ
    4. քիմոգանեերոտրոֆներ
    5. ֆոտոտրոֆ
    6. հետերոտրոֆ
    7. հիպերտոնիկ
    8. հիպոթոնիկ
    9. պարտադիր աերոբ
    10. ֆակուլտատիվ անաէրոբ
    11. պարտադիր անաէրոբ
    12. հոգեֆիլ
    13. մեսոֆիլ
    14. ջերմասեր

17.3. Էներգիայի փոխակերպում միկրոօրգանիզմներում

17.4. Բջջային շնչառություն

Ուսումնասիրեք այս բաժնի նյութը և ապա գրեք այս հարցի պատասխանները: Սա չի ստուգի այս ձեռնարկի ձեր ըմբռնումը:

  1. Էքսերգոնիկ գործընթացներ, որոնց միջոցով օրգանական միացությունների քայքայման արդյունքում ազատված էներգիան կարող է օգտագործվել ATP- ի սինթեզման համար, էներգիայի այն ձևը, որն անհրաժեշտ է բջջային աշխատանք կատարելու համար: Սա լավագույնս նկարագրում է.
    1. անաբոլիզմ (անս)
    2. կատաբոլիզմ (անս)
  2. Միջանկյալ մոլեկուլներ, որոնք կապում են կատաբոլիկ և անաբոլիկ ուղիները. կարող է կամ օքսիդացվել ATP- ի առաջացման համար, կամ կարող է օգտագործվել մակրոմոլեկուլային ստորաբաժանումների սինթեզման համար, ինչպիսիք են ամինաթթուները, լիպիդները և նուկլեոտիդները: (անս)
  3. Սահմանեք բջջային շնչառությունը: (անս)
  4. Ասում են, որ թթվածին չպահանջող ուղիներն են.
    1. աերոբիկ (անս)
    2. անաէրոբ (անս)
  5. Անվանեք էքսերգոնիկ ուղի, որը պահանջում է մոլեկուլային թթվածին (Օ2). (անս)
  6. Անվանեք բջջային շնչառության երկու անաէրոբ էկզերգոնիկ ձևեր: (անս)

Կաղապարով առաջարկվող պիտակներ. հոդված՝ թեմա


17.E. Բակտերիաների աճ և էներգիայի արտադրություն (վարժություններ) - Կենսաբանություն

Լեո Իեն-Չեն Լին 1 և Էդվարդ Ա. Մեյգեն 2

1 Progen Biotech Inc.
126-11782 գետի ճանապարհ
Ռիչմոնդ, մ.թ.ա. V6X1Z7 Կանադա
[email protected]

2 Կենսաքիմիայի ամբիոն, Մակգիլ համալսարան
3655 զբոսավայր Sir William Osler, Մոնրեալ, QC, H3G1Y6, Կանադա
[email protected]

Լուսավոր բակտերիաներ - Հաբիթացիա և տաքսոնոմիա

Լուսավոր բակտերիաները ամենալայն տարածված լույս արձակող օրգանիզմներն են, որոնց մեծամասնությունը գոյություն ունի ծովի ջրում, իսկ մնացածը ապրում է ցամաքային կամ քաղցրահամ ջրերում: Մինչ լուսատու բակտերիաների տեսակների մեծ մասն ունակ են ազատ ապրելու, մեծամասնությունը բնության մեջ հանդիպում է հյուրընկալող օրգանիզմների հետ սիմբիոզի մեջ (նկարներ 1 -ից 4) (այսինքն ՝ ձկներ, կաղամարներ, ծովախեցգետիններ, նեմատոդներ և այլն):



Սիմբիոզի դեպքում մանրէները սնվում են աճի համար մատչելի սննդի աղբյուրներով, և միևնույն ժամանակ տանտերն օգտագործում է ընդունված լուսավորությունը ՝ շփվելու, որս գրավելու և գիշատիչներից դիմակավորվելու համար:

Այնուամենայնիվ, կան լուսատու բակտերիաների որոշակի տեսակներ, որոնք պարտադիր սիմբիոններ են, որոնք պահանջում են յուրահատուկ սննդային հավելումներ, որոնք բացառապես հասանելի են հյուրընկալողից: Չնայած այս պարտադիր սիմբիոնների առկայությունը հայտնաբերվել է, դրանք բաժանարար չեն իրենց տիրոջից, և, հետևաբար, չեն կարող մշակվել լաբորատորիայում հետագա ուսումնասիրության համար:

Գոյություն ունեն երեք հիմնական սեռ, որոնց մեջ դասակարգվում են լուսավոր բակտերիաների մեծ մասը Photobacterium, Vibrio, և Ֆոտոռաբդուս. Specովային միջավայրում գոյություն ունեցող տեսակները հիմնականում դասակարգվում են Ֆոտոբակտերիա եւ Վիբրիո սեռերը, իսկ ցամաքային տեսակները դասակարգվում են Ֆոտորհաբդուս (նախկինում նշանակված էր որպես Քսենորհաբդուս) սեռ. Տեսակներ ներսում Ֆոտոբակտերիա սեռը, ընդհանուր առմամբ, ծովային կենդանիների թեթև օրգանների սիմբիոնտներն են, մինչդեռ Վիբրիո տեսակները գոյություն ունեն որպես ազատ ապրող ձևեր, ինչպես նաև սիմբիոններ ծովում:

Շատ լուսավոր մանրէներ մակաբույծ են, հետ Ֆոտոբակտերիա եւ Վիբրիո ընտանիքներ, որոնք վարակում են ծովային խեցգետինները, և Photorhabdus luminescens վարակելով ցամաքային միջատներին, ինչպիսիք են թրթուրները, նեմատոդներով որպես բակտերիաների միջանկյալ հյուրընկալող (Նկար 4): Բացի այդ, ծովի ջրի մեջ ցրված ազատ կենդանի լուսավոր բակտերիաները հաճախ կարող են հայտնաբերվել ինչպես աղիքային տրակտում, այնպես էլ գրեթե բոլոր ծովային կենդանիների մաշկի մակերևույթում `որպես ոչ սպեցիֆիկ մակաբույծներ:

Ineովային կենդանիների աղիքներում ապրող լուսավոր բակտերիաների համար բոլոր լուսավոր բակտերիաների բջջային պատին արտադրվող արտաբջջային կիտինազը հեշտացնում է ներծծված կիտինի տարրալուծումը (Նկար 5) (օրինակ ՝ խեցգետնաբուծության էկզոկմախքներից):

Լուսավոր բակտերիաների յուրաքանչյուր տեսակ տարբերվում է մի շարք հատկություններով, ներառյալ աճի հատուկ պայմանները (սննդային պահանջները և աճի ջերմաստիճանը), և լույսի սերմանում ներգրավված luciferase- ի ռեակցիայի կինետիկան, այնուամենայնիվ, բոլոր լուսավոր բակտերիաները ձողաձև, գրամ-բացասական միկրոօրգանիզմներ են: դրոշակակիրը հեշտացնում է շարժումը: Լուսավոր բակտերիաները նաև ֆակուլտատիվ անաէրոբներ են, որոնք ունակ են աճել, երբ մոլեկուլային թթվածնի մատակարարումը սահմանափակ է: Չնայած լուսավոր բակտերիաների տարբեր տեսակների ֆիզիոլոգիական բազմազանությանը, բոլոր լյումինեսցենտ միկրոօրգանիզմները լույս արտադրելու համար օգտագործում են բարձր հոմոլոգ կենսաքիմիական մեքենաներ: Այս լույս արտադրող մոլեկուլային մեխանիզմի սկիզբը և էներգիայի թողարկումը սերտորեն կարգավորվում են կենտրոնական ազդանշանային ուղու ներքո: Տեքստը, ինչպես նաև ստորև բերված նկարները կնկարագրեն բակտերիաների կենսալյումինեսցիայի էական կենսաքիմիական բաղադրիչները և ռեակցիայի ուղու երկայնքով հաջորդական մոլեկուլային փոխազդեցությունները/ռեակցիաները: Վերջին բաժինները կարճ կանցնեն ազդանշանային ուղիներով, որոնցով լուսատու բակտերիաներում լուսավորման գործառույթի ինդուկցիան և ճնշումը մանրակրկիտ վերահսկվում են բջջային գործոնների և միջբջջային հաղորդակցության միջոցով:


Բակտերիալ կենսալյումինեսցենտային ռեակցիայի կենսաքիմիա - բակտերիալ լյուցիֆերազա և բաց գույն

Բակտերիալ լյուցիֆերազը այն ֆերմենտն է, որը կատալիզացնում է լույսի արտանետումը բակտերիալ կենսալյումինեսցենցիայի հիմքում: Այնուամենայնիվ, լուսավոր բակտերիաների լույսի շարունակական արտադրության մեջ ներգրավված կատալիզացնող սարքավորումները ներառում են ոչ միայն բակտերիալ լուցիֆերազը, այլև այն ֆերմենտները, որոնք ապահովում և վերածնում են բակտերիալ լուցիֆերազի ենթաստամոքսային նյութերը:

Լյումինեսցենտ համակարգում սպիտակուցները կոդավորող ԴՆԹ-ի հաջորդականությունները կոչվում են լյուքս գեներ: Բակտերիալ լյուցիֆերազը հետերոդիմեր է, որը բաղկացած է երկու տարբեր պոլիպեպտիդներից ՝ նշանակված ալֆա և բետա (համապատասխանաբար ՝ 40 կԴա և 37 կԴա մոլեկուլային զանգվածով և կոդավորված լյուքսԱ և լյուքսB գեներ, համապատասխանաբար: Ակտիվ կայքը գտնվում է ենթաբաժնի ներսում
(Նկար 6):


Նկար 6. Բակտերիալ լյուսիֆերազի կառուցվածքը:

Բետա ստորաբաժանման բացակայության դեպքում միայն ալֆա ստորաբաժանումն է անարդյունավետ գործում անբավարար լուսային թողունակությամբ: Քանի որ V. harveyi luciferase- ի բյուրեղային կառուցվածքը բացահայտում է մի շարք կողային շղթաների և ալֆա և բետա ստորաբաժանումների մի քանի կողային շղթաների և կապի ամուր փոխազդեցություններ (Նկար 7), ենթադրվում է, որ բետա ստորաբաժանման գործառույթը հանդես է գալիս որպես օժանդակ լաստակ: կատալիզի ընթացքում ենթամիավորի կոնֆորմացիոն փոփոխության մեջ։

490 նմ) ​​(Նկար 8): Լյուցիֆերազները լավ են գործում ութ ածխածնից և ավելի երկար երկար շղթայական ալդեհիդներով, որոնցից ենթադրվում է, որ օգտագործված բնական ալդեհիդն է: in vivo լուսատու բակտերիաների մեջ:

Բնութագրական գույնը ցույց է տալիս ֆոտոնի էներգիայի մակարդակը, որն արտադրվել է, երբ ֆլավինային քրոմոֆորի վրա գրգռված էլեկտրոնը վերադառնում է հիմնական վիճակին: Ոլորտի հետազոտողները պարզել են, որ քրոմոֆորների բաժնում փոխարինված ատոմներով ֆլավինի անալոգները հանգեցրել են լյուցիֆերազի արտանետման տարբեր գույների:

Բացի այդ, նաև ցույց է տրված, որ ֆլավինային քրոմոֆորի կապման վայրում կետային մուտացիաները աղավաղում են բակտերիալ կենսալուսնության գունային արտանետումների սպեկտրը ՝ նշելով, որ արտանետումների տարբերակիչ գույնը կախված է ոչ միայն ֆոտոնը արձակող քրոմոֆորից, այլև էլեկտրոնի բնույթից: քրոմոֆոր կապող միկրոմիջավայր լյուցիֆերազում: Բակտերիալ լյուցիֆերազից բացի, որոշ լուսավոր բակտերիաներ կրում են լյումինեսցենտ սպիտակուցներ՝ արտանետումների գույնը փոփոխելու համար՝ տարբերվելով այլ շտամներից: Կապույտ լյումինեսցենտ սպիտակուցի (նաև հայտնի է որպես լումազին սպիտակուցի) փոխազդեցություն Ֆոտոբակտերիա ֆոսֆորեում եւ Photobacterium leiognathi համապատասխան լյուցիֆերազներով ավելի բարձր էներգիայի դեպքում թողնում է ֆոտոնի արտանետում (MAX

478 նմ) համապատասխանում է կապույտ գույնին: Նմանապես, դեղին լյումինեսցենտային սպիտակուցի առկայությունը Y-1 շտամում V. fischeri հանգեցնում է դեղին լույսի արտանետմանը (MAX

545 նմ) Լյուցիֆերազ-կատալիզացված ռեակցիայի մեջ լյումինեսցենտային սպիտակուցների մասնակցությունը փոխում է նաև բակտերիալ լյուցիֆերազի ռեակցիայի կինետիկան: Արտանետման գույների տեղաշարժի/փոփոխության կառուցվածքային/մոլեկուլային հիմքը նպաստում է լյումինեսցենտային սպիտակուցի փոխազդեցությանը (օրինակ ՝ կայունացնել կամ ապակայունացնել) բարձր էներգիայի լյուցիֆերազի ռեակցիայի միջանկյալի հետ (օրինակ ՝ գրգռված քրոմոֆոր), ինչը հանգեցնում է լույսի ճառագայթման տարբեր գույների: Այնուամենայնիվ, էներգիայի ներդրումը հստակորեն ապահովվում է FMNH 2-ի և ալդեհիդի և բակտերիալ լյուցիֆերազի օքսիդացումով: Որպեսզի երկար ժամանակ լույսի արտանետում տեղի ունենա, հիմքերը պետք է անընդհատ մատակարարվեն բակտերիալ լյուսիֆերազային: Քանի որ ֆերմենտային ռեակցիաներում արտադրանքի առաջացման ժամկետը և մակարդակը սահմանափակվում են սուբստրատների առկայությամբ, հետևաբար լուսավոր բակտերիաներում լույսի մշտական ​​արտանետումը պետք է պահպանվի մի քանի տարբեր ֆերմենտների կողմից, որոնք շարունակաբար ստեղծում են ենթաշերտերը կենսալյումինեսցենտային ռեակցիայի համար: Այն ֆերմենտները, որոնք լրացնում են ալդեհիդային ենթաշերտը, ծածկագրված են լյուքս օպերոնը, մասնավորապես, ճարպաթթուների ռեդուկտազը, բազմալեզիմ բարդույթ, որի լյուքս գեները (luxC, luxD, և luxE) անմիջապես կողքից լյուքսԱ և լյուքսԼյուցիֆերազի B գեներ (Նկար 9):

Այլ գեներ, ներառյալ լյուքսՖ, լյուքսԳ, և լյուքսH, որի գործառույթները ոչ հստակ սահմանված են, ոչ էլ, ըստ երևույթին, անհրաժեշտ են կենսալյումինեսցենցիայի համար, նույնպես հայտնաբերվել են որոշ լյուքս օպերոններ:


Գծապատկեր 9: -Ի դասավորությունը լյուքսCDABE բաց ընթերցման շրջանակներ:

Ճարպային ալդեհիդների սինթեզ և վերամշակում լուսավոր բակտերիաներում - ճարպաթթուների ռեդուկտազ

Չնայած ատոմային լուծույթում ճարպաթթուների ռեդուկտազի կառուցվածքային մոդելը ՝ պատկերացնելու համար, թե ինչպես է ճարպաթթուն փոխանակվում այս բազմաանզիմային համալիրի ստորաբաժանումների միջև և եռաչափ տարածության մեջ ձևափոխվում ճարպային ալդեհիդի նկատմամբ, ճարպաթթուների ռեդուկտազի տարանջատում և մեկուսացում առանձին ստորաբաժանումների մեջ: թույլ է տվել նույնականացնել սպիտակուցային համալիրի յուրաքանչյուր բաղադրիչի գործառույթը: Attyարպաթթուների ռեդուկտազը մեծ սպիտակուց է ՝ մոտավորապես 500 կիլոդալտոն մոլեկուլային զանգվածով: Այս մեծ համալիրը բաղկացած է 12 պոլիպեպտիդներից (պոլիպեպտիդների չորս օրինակ, որոնք արտահայտված են յուրաքանչյուրից luxC, luxD, և լյուքսE գեներ) (Նկար 11): Թեև այս տառատեսակի համար նախատեսված տառերը լյուքս գեները գնում են C-ից E, ալդեհիդների սինթեզի առաջընթացը չի հետևում նույն ուղղությամբ (Նկար 9): ԼյուքսD-ն կոդավորում է տրանսֆերազը, որը փոխանցում է ճարպային ացիլ-ACP-ի, ացիլ-CoA-ի և այլ ակտիվացված ացիլ դոնորների ացիլային մասը, որոնք ստացվում են ունիվերսալ ճարպաթթուների կենսասինթետիկ ուղուց, սերինի հիդրոքսիլ խմբին տրանսֆերազայի վրա, որին հաջորդում է փոխակերպումը: էսթերը հիդրոլիզի միջոցով վերածվում է ճարպաթթվի (Նկար 10): Տրանսֆերազը ունի բարձր յուրահատկություն տասնչորս ածխածնի շղթայի երկարությամբ ացիլային ածանցյալների համար, ինչը համահունչ է նրանով, որ տետրադեկանալը հանդիսանում է կենսալուսին ռեակցիայի մեջ օգտագործվող ալդեհիդը: in vivo.

Տրանսֆերազի կողմից արտադրված ճարպաթթուն այնուհետև ուղարկվում է սինթետազին (LuxE), որն ակտիվացնում է կարբոքսիլատային ֆունկցիան ATP-ի հետ՝ ձևավորելով ացիլ-AMP-ի խառը անհիդրիդ (Նկար 10): Անհիդրիդ միջանկյալ նյութի` ացիլ-ԱՄՊ-ի վրա ացիլ խումբն այնուհետև արձագանքում է սինթետազի ցիստեինի ռեակտիվ թիոլին` ձևավորելով կովալենտային կապ ացիլ խմբի և սինթետազի միջև և ազատում է AMP-ը (Նկար 10):

Սինթետազի վրա թիոլային խմբի և ռեդուկտազի վրա (LuxC) թիոլ խմբի փոխադարձ էստերիֆիկացման ռեակցիայի միջոցով ճարպային ացիլային խումբը փոխանակում է կովալենտային կապի գործընկերը սինթետազից մինչև ռեդուկտազա (Նկար 10): Այնուհետև ռեդուկտազը խախտում է թիոլ-էսթեր կապը ՝ նվազեցնելով NADPH- ի հիդրիդով ՝ ազատելով ճարպային ալդեհիդ և վերադառնալով իր սկզբնական ազատ ֆերմենտային վիճակին (Նկար 10): Ճարպաթթուների ռեդուկտազի ենթամիավորները կազմակերպված են շառավղային ձևով՝ չորս ռեդուկտազային ենթամիավորներից բաղկացած կենտրոնական միջուկով, որոնք թույլ կոմպլեքսավորված են յուրաքանչյուր առանձին սինթետազային ենթամիավորի հետ: Տրանսֆերազները (LuxD) ճյուղավորվում են սինթետազից ճարպաթթուների ռեդուկտազային համալիրի ծայրամասային ծայրամասում և շատ հեշտությամբ տարանջատվում են (Նկար 11):

Նման բարդ ձևավորման առավելությունն այն է, որ ռեակցիայի միջանկյալ նյութը մի ենթամիավորից մյուսը առանց ռեակցիայի միջանկյալների հիդրոֆոբ ածխաջրածինների ներթափանցումը լուսավոր բակտերիաների ջրային ցիտոզոլային միջավայր (Նկար 11): Բացի այդ, տրանսֆերազի, սինթետազի և ռեդուկտազի դասավորությունը շառավղային ձևով ուղղում է ռեակցիայի նյութը տարբեր միկրոմիջավայրերի միջով, որոնք կայունացնում են ացիլային միջանկյալ նյութը ռեակցիայի տարբեր փուլերում, երբ նյութը մշակվում է ջրային ծայրամասից, որտեղ ստացվում է ացիլային խումբը, դեպի համալիրի կենտրոնը, որտեղ ռեդուկտազը ճարպային ացիլային խումբը վերածում է ալդեհիդի (Նկար 10): Քանի որ ճարպաթթուների ռեդուկտազային համալիրի բոլոր սպիտակուցներն ունեն բարձր առանձնահատկություն տետրադեկանոիլային խմբերի համար, վերջնական արտադրանքը տետրադեկանալն է:

FMNH 2 - FMN Reductase- ի լիցքավորում

Ֆլավինի մոնոնուկլեոտիդը (FMN) էլեկտրոնային կրիչ է, որն առկա է ինչպես էուկարիոտ, այնպես էլ պրոկարիոտ բջիջների էլեկտրոնային փոխադրման շղթաներում: FMN- ն ունակ է նվիրաբերել և ստանալ մեկ էլեկտրոն արմատական ​​ձևավորման միջոցով, կամ երկու էլեկտրոն `հիդրիդի փոխանցմամբ (Նկար 12):

FMN- ը բխում է ռիբոֆլավինից (նաև հայտնի է որպես Վիտամին B2), և՛ ռիբոֆլավինը, և՛ FMN- ը ընդհանուր սնուցիչներ են, որոնք էական են ինչպես էուկարիոտիկ, այնպես էլ պրոկարիոտիկ բջիջների գոյատևման համար (Նկար 13):

Այն փաստը, որ փոխակերպումը ոչ լուսավոր բակտերիաների, ինչպիսիք են Էշերիխիա կոլի, լուսարձակողին անհրաժեշտ է միայն տեղադրումը լյուքսCDABE գեները, որոնք բջջի մեջ կոդավորում են բակտերիալ լուցիֆերազան և ճարպաթթուների ռեդուկտազային համալիրը, ցույց են տալիս, որ FMNH 2 -ը հեշտությամբ տրամադրվում է բոլոր բակտերիաների էլեկտրոնային տրանսպորտային շղթայից: Թեև լուսավոր բակտերիաներում ռիբոֆլավինի և FMN-ի կենսասինթեզն իրականացվում է մի քանի փուլով ֆերմենտների միջոցով, որոնք կոդավորված չեն լյուքս գենային համակարգում, այս ֆերմենտները հիմնականում առկա են բակտերիաներում, քանի որ բակտերիաների աճի համար անհրաժեշտ է ռիբոֆլավինի և FMN սինթեզ: FMN- ի նվազեցումը FMNH 2 -ին իրականացվում է NAD (P) H- ի հիդրիդի ավելացումով ՝ FMN/NAD (P) H օքսիդորեդուկտազի (նաև հայտնի է որպես FMN ռեդուկտազա) կողմից կատալիզացված ռեակցիայի մեջ լուսավոր բակտերիաների մեջ (Նկար 14):

Երկկողմանի երկչափ FMN reductase- ի բյուրեղային կառուցվածքները V. harveyi եւ V. fischeri բացահայտում է, որ FMN ռեդուկտազը հոմոդիմեր է, որը պարունակում է երկու FMN ՝ կապված սիմետրիկ միջմասնակցային միջերեսային միջերեսում (Նկար 15):

Վերջերս ոլորտի հետազոտողները լայնածավալ կինետիկ հետազոտություններ են իրականացրել `փորձելով պարզաբանել, թե ինչպես է FMNH 2 -ը FMN ռեդուկտազից դեպի բակտերիալ լուցիֆերազա տեղափոխվում: Ելնելով FMN ռեդուկտազի ուժեղ կապող կապերից և՛ FMN- ի, և՛ FMNH 2 -ի նկատմամբ, և՛ FMN ռեդուկտազի բյուրեղային կառուցվածքում ամուր խարսխված FMN- ի կապող երկրաչափությունները, հետազոտողները ենթադրել են, որ FMNH 2 -ի փոխանցումը FMN ռեդուկտազից բակտերիալ լուցիֆերազա տեղի է ունենում անցողիկ ձևավորմամբ: luciferase-FMN reductase համալիրը լուսավոր բակտերիաների մեջ, այլ ոչ թե ցիտոզոլ ուղարկվող FMNH 2 ազատ տարածման միջոցով (Նկար 16 և 17): Սա կհանգեցնի շատ արդյունավետ վերամշակման և FMN- ի նվազեցման մինչև FMNH 2 `բակտերիալ լյուցիֆերազի օգտագործման համար (Նկար 17):


Ունիվերսալ օքսիդանտը կենսալուսնության մեջ `մոլեկուլային թթվածին

Բակտերիալ կենսալուսնության կենսաքիմիայի կարևոր բաղադրիչը մոլեկուլային թթվածինն է, որը մատակարարվում է արտաքին բջջային միջավայրից: Առանց մոլեկուլային թթվածնի ներմուծման, լուսավոր բակտերիաները չեն կարող լույս արձակել: Բակտերիալ լյուցիֆերազով կատալիզացված ռեակցիայի ժամանակ էներգիայի ծախսը մոլեկուլային թթվածնի վերացման վրա դեպի պերօքսի ռեակցիայի միջանկյալ նյութ, այնուհետև ի վերջո դեպի ջուր, ծառայում է որպես պոտենցիալ էներգիան ազատելու FMNH 2-ի և ճարպային ալդեհիդի ձևով օքսիդացումից: ֆոտոնների արտանետում (Նկար 18):

Բացի բակտերիաների կենսալյումինեսցենտից, մյուս կենսալյումինեսցենտային համակարգերը (ինչպիսիք են կայծոռիկները, կոելենտերատները և դինոֆլագելատները) օգտագործում են մոլեկուլային թթվածինը որպես պարտադիր օքսիդանտ իրենց լյումինեսցենցիայի կենսաքիմիայում, իսկ մոլեկուլային թթվածնի կրճատման գործընթացները ծառայում են որպես էներգիայի աղբյուր։ ցամաքեցնելով ենթաշերտերի նվազեցնող ուժը: Սա հանգեցնում է բարձր էներգիայի անկայուն միջանկյալ նյութերի ձևավորմանը, որոնք լույսի տեսքով ցրում են գրգռված քրոմոֆորի պոտենցիալ էներգիան: Այս առումով, մոլեկուլային թթվածինը կարելի է համարել որպես բանալին FMNH 2 -ում և ճարպային ալդեհիդում նստած էներգիան սանձազերծելու բակտերիալ կենսալուսնության համար:


Բակտերիալ կենսալուսնության օգտագործումը որպես կենսասենսոր և գենի արտահայտման զեկուցող:

Քանի որ բակտերիալ լուցիֆերազայի հիմնական գործառույթը լույսի արտանետման կատալիզացումն է, այս հատկությունը ճարպաթթուների ռեդուկտազի միջոցով ալդեհիդային ենթաշերտի առաջացման հետ մեկտեղ հաջողությամբ կարող է արտադրվել այլ բակտերիաների միջոցով ՝ լյուքսCDABE գեները, որոնք ոչ լուսավոր բակտերիաները փոխակերպում են լույսի արտանետիչների (Նկար 19):

Լույսի հարմարեցումը որպես սովորական ոչ լյումինեսցենտ բակտերիաների օժանդակ հատկանիշ հետազոտողներին հեշտ այլընտրանք է տվել բակտերիաների աճն ու կենսապայմանները չափելու և հայտնաբերելու համար (Նկար 19): Բակտերիալ կենսալյումինեսցենտության օգտագործումը նաև մի քանի մեթոդներից մեկն է, որն օգտագործվում է մարդու սննդի աղբյուրներում պաթոգեն բակտերիաների հայտնաբերման համար: Մշակելով սննդամթերքի նմուշ `կրողը կրող ռեկոմբինանտ բակտերիոֆագի առկայության դեպքում լյուքսCDABE ներդիրը, կարելի է հեշտությամբ որոշել սննդի աղբյուրում բակտերիալ աղտոտման առկայությունը: Բացի այդ, լույսի արտանետվող հատկությունը լյուքսCDABE գեները օգտագործվել են որպես գենի արտահայտման լրագրող `կարգավորող վերահսկողությունները ուսումնասիրելու համար, որոնք ներգրավված են տարբեր խթանողների մոտ ՌՆԹ պոլիմերազի արդյունավետության վրա ազդելու համար: Այնուհետև լյուքսCDABE- ի գեները գտնվում են էկոլոգիապես կարգավորվող խթանողի վերահսկողության ներքո (օրինակ ՝ խթանողներ, որոնց արդյունավետությունը խիստ զգայուն է սնդիկի, մկնդեղի կամ այլ աղտոտիչների մակարդակի նկատմամբ), կառուցվածքային լյուքս գեները կարող են գործել որպես կենսասենսոր, որի արտահայտությունը կհսկի շրջակա միջավայրում թունավոր թափոնների առկայությունը: Դեղագործական արդյունաբերության մեջ գենետիկորեն ձևափոխված բակտերիաները, որոնք կրում են լյուքս լուսային համակարգը, օգտագործվել են՝ գնահատելու հակաբիոտիկների արդյունավետությունը կաթնասունների բակտերիալ վարակների դեմ պայքարում կենդանիների, ինչպիսիք են մկները, խոզերը և կապիկները, որոնք ծառայում են որպես մարդու պոտենցիալ մոդել: Սքրինինգի այս ընթացակարգում վարակված օրգաններում/հյուսվածքներում լյումինեսցենցիայի ինտենսիվությունը կնվազի, քանի որ բակտերիաները սպանվում են հակաբիոտիկների կողմից, հետևաբար, բակտերիալ կենսալյումինեսցենտությունը ծառայում է որպես բակտերիաների աճի ցուցիչ, որը թույլ է տալիս որոշել հակաբիոտիկների համապատասխան չափաբաժինները և արդյունավետ բուժում ստանալ: Հաստատված.


-Ի կարգավորումը լյուքսCDABE արտահայտությունը լուսավոր բակտերիաներում - Քվորումի զգացում

Լուսավոր բակտերիաներում լույս արձակող մեքենաների ծանրաբեռնվածությունը խիստ կարգավորիչ հսկողության տակ է: Որպեսզի պայծառ արտանետում տեղի ունենա, ոչ միայն արտահայտման բարձր մակարդակ լյուքսCDABE գեները պահանջվում են բակտերիալ լյուցիֆերազի և ճարպաթթուների ռեդուկտազի ձևավորման համար, բայց նաև բակտերիալ լյուցիֆերազի սուբստրատների սինթեզը կարևոր է երկար ժամանակ լույսի արտանետումը պահպանելու համար: Այսպիսով, լուսավոր բակտերիաների կողմից լույսի արտանետումը մեծապես կախված է աճից և շրջակա միջավայրից: Լաբորատոր պայմաններում ցածր բջիջների խտությամբ հեղուկ միջավայրում աճող լուսավոր բակտերիաները նվազագույն քանակությամբ լույս են արձակում՝ արտահայտման հանգստության պատճառով: լյուքսCDABE գեները և բակտերիալ լուցիֆերազային ռեակցիայի ենթաշերտի մակարդակի դեֆիցիտը (Նկար 20): Էքսպոնենցիալ աճի շրջանի կեսից մինչև վերջ, լույսի արտանետումների ինտենսիվությունը կտրուկ բարձրանում է սինթեզված ենթաշերտերի և ֆերմենտների արագ կուտակման արդյունքում ՝ արտահայտության արտահայտման ակտիվացումից: լյուքսCDABE գեները (Նկար 20):

-Ի արտահայտման աճը լյուքսCDABE գեները տեղի են ունենում ավտոմատալիտիկ քիմիական ռեակցիայի անալոգ մեխանիզմի միջոցով, որի դեպքում արձագանքի արտադրանքները նույնպես կատալիզացնում են այն ռեակցիան, որից նրանք ստացվել են, ինչը հանգեցնում է ավելի շատ ապրանքների և, հետևաբար, ավելի կատալիզատորների առաջացման (Նկար 21):

Բակտերիալ կենսալուսնության մեջ կատալիզատորները, որոնք առաջացնում են լյուքսCDABE գենը կարգավորիչ սպիտակուցներ են և փոքր քիմիական միացություն, որը սովորաբար կոչվում է աուտոինդուկտոր (Նկար 22):

Ավտոինդուկտորը փոքր նյութափոխանակության արտադրանք է, որն ազատորեն տարածվում է բջջային թաղանթով և բջիջների աճի վաղ շրջանում արտազատվում է արտաբջջային միջավայր (Նկար 23):

Հայտնի է, որ օվկիանոսում ազատ ապրող ծովային լուսավոր բակտերիաները լույս չեն արձակում, մինչդեռ ծովային օրգանիզմներում և (կամ) տեղայնացված, սահմանափակ միջավայրում որպես սիմբիոնտ ապրող բակտերիաները բարձր մակարդակի լույս են արձակում: Հետևաբար, որպեսզի լույսի արտանետումը տեղի ունենա, լուսավոր բակտերիաները պետք է զարգանան սահմանափակ, սննդով հարուստ միջավայրում, որտեղ կարող է կուտակվել աուտոինդուստրը: Երբ արտաբջջային միջավայրում ավտոինդուկտորի կոնցենտրացիան որոշակի մակարդակի է հասնում, ավտոինդուկտորները կակտիվացնեն լուսավոր բակտերիաների լուսավոր համակարգը: Այս գործընթացը կոչվում է «քվորումի զգացում», քանի որ բակտերիաները բառացիորեն զգում են, երբ բակտերիաների բավարար կոնցենտրացիան ձեռք է բերվել՝ հիմնվելով աուտոինդուկտորի կուտակման վրա (Նկար 23):

Հետազոտությունների մեծ մասը կենտրոնացած է Vibrio fischeri-ի և քվորումի զգայական համակարգերի վրա Վիբրիո հարվեի, քանի որ այս լյումինեսցենտ բակտերիաները լայնորեն ուսումնասիրվել են: Չնայած երկուսն էլ V. fischeri եւ V. harveyi օգտագործել, լյուքսCDABE կառուցվածքային գեները (կոդավորում են բակտերիալ լյուցիֆերազի և ճարպաթթուների ռեդուկտազի համար) լույս առաջացնելու համար, ակտիվացման մեխանիզմը. լյուքսCDABE գենի արտահայտությունը որոշ չափով տարբերվում է երկու տեսակների միջև:


-Ի կանոնակարգում ներգրավված ավտոկատալիտիկ մեխանիզմը V. fischeri luxCDABE Արտահայտում.

Ավտոինդուկտորը, որը միացնում է բիոլյումինեսցենտային համակարգը V. fischeri 3-օքսոհեքսանոիլ-հոմոսերին լակտոն է, որը սինթեզվում է S-adenosylmethionine- ից և 3-oxohexanoyl-ACP- ից (acyl կրող սպիտակուց) `ավտոմատարկիչ սինթետազի կողմից լյուքսI գեն (Նկար 24):

Երբ արտաբջջային միջավայրում հաստատվում է 3-օքսոհեքսանոիլ-հոմոսերին լակտոնի կրիտիկական կոնցենտրացիան, ավտոինդուկտորը սկսում է կուտակվել լուսավոր բակտերիաների ներսում և փոխազդում է կոդավորված կարգավորիչ սպիտակուցի հետ: լյուքսR (Նկար 24):

Ներսում կենսալուսնության համակարգի վերաբերյալ մեկ ուշագրավ առանձնահատկություն V. fischeri կարգավորող լյուքս գեների կազմակերպումն է `վերահսկելով բակտերիալ կենսալուսնության, հատկապես երկկողմանի ՌՆԹ պոլիմերազայի խթանողի` հակադիր կողմնորոշման միջև կապի տեղը: լյուքսR օպերոնը և իրար հետ կապված, պոլիցիստրոնիկ օպերոնը, որը պարունակում է լյուքսICDABE գեներ (Նկար 25):

Միջեւ ակտիվացման համալիրի (autoinducer-LuxR) կապը կարգավորող տարածաշրջանի օպերատորի կայքի հետ լյուքսՌ և լյուքսICDABE օպերոնները, ինչպես նաև cAMP-CRP (cAMP-cAMP ընկալիչի սպիտակուց) կոմպլեքսը CRP-ի միացման վայրում, հանգեցնում են նրան, որ ՌՆԹ պոլիմերազը հավաքագրվում է երկկողմանի պրոմոութեր տեղամաս՝ ներքևում գտնվող լյուքս գեների տառադարձման համար (Նկար 25): Գենոմում այս լյուքս գեների կազմակերպման արդյունքում ավտոինդուկտորի և կարգավորիչ սպիտակուցի (LuxR) միջև ձևավորված ակտիվացման համալիրը արագացնում է ոչ միայն լյուքսCDABE, այլ նաև ավելի LuxR կարգավորիչ սպիտակուցի և LuxI ավտոինդուկտորային սինթետազի արտահայտություն: Կարճ ժամանակամիջոցում լյուքս գենի արտահայտման հետագա փուլերի հետադարձ կապի ուժեղացումն առաջացրել է մեծ քանակությամբ լյուցիֆերազի և ճարպաթթուների ռեդուկտազի մոլեկուլներ, ինչպես նաև ինքնաարտադրող և կարգավորող սպիտակուցի (LuxR) մակարդակի բարձրացում, ինչը հանգեցրել է արտանետումների էքսպոնենտալ աճի: մեկ բջիջի ինտենսիվությունը և լուսավոր բակտերիաների պայծառ արտանետումը, որոնք նկատվում են ինքնաինդուկցիայից հետո (Նկար 21, 23 և 27): Գենի արտահայտումն արագացնելու համար ավտոկատալիտիկ մեխանիզմի կիրառումը բացառապես լուսավոր բակտերիաների համար չէ, քանի որ այլ ոլորտների հետազոտողները պարզել են, որ շատ ոչ լուսավոր բակտերիաներ օգտագործում են քվորումի ընկալման նմանատիպ մեխանիզմներ՝ կազմակերպելու գեների արտահայտման սկիզբը և ուժեղացումը:

Մինչև ակտիվացումը և լյուքսCDABE գենի արտահայտումը մեջ V. fischeri լավ ուսումնասիրված են, այն մեխանիզմը, որով լյումինեսցենցիան, ըստ երևույթին, ճնշվում է բջիջների շատ բարձր խտության դեպքում, լավ հասկանալի չէ: Լույսի ինտենսիվության այս նվազումը կարող է այլընտրանք արտացոլել ենթաշերտի առկայության սահմանափակումը, ինքնաարտադրող-LuxR ակտիվացման համալիրը կարող է կապվել օպերատորի նման ցածր հարազատությամբ կապող տեղանքի հետ, որն առաջացնում է ճնշում:


Կարգավորման մեխանիզմների համեմատություն V. fischeri եւ V. harveyi

Ի տարբերություն լավ ուսումնասիրված կարգավորող ուղու վերահսկման V. fischeri luminescence, վերահսկման մեխանիզմները, որոնք ներգրավված են լուսային բակտերիաների այլ տեսակների լյումինեսցենցիայի սկիզբը կարգավորելու համար, ամբողջությամբ չեն ուսումնասիրվել: -ի կարգավորումը V. harveyi լուսատուությունը հետաքրքրության վերջին թիրախն էր: Թեև ավտոինդուկտորները և լյուքսCDABE գեները (լյուցիֆերազը և ճարպաթթուների ռեդուկտազը) ընդհանուր կառուցվածքային տարրերն են, որոնք անհրաժեշտ են լուսավոր բակտերիաների մեծ մասում լույսի արտանետումների առաջացման համար, վերահսկման մեխանիզմ, որով արտահայտվածության մակարդակը լյուքսCDABE- ն կարգավորվում է V. harveyi չափազանց բարդ է, համեմատած նրա հետ V. fischeri. Ի տարբերություն լյուքսI/R զույգ կարգավորող գեների ուղղորդման մեջ լյուքսCDABE արտահայտությունը մեջ V. fischeri, մի շարք առնվազն ութ կարգավորիչ լյուքս գեները ներգրավված են ազդանշանի փոխանցման մեջ ՝ սկիզբը վերահսկելու համար V. harveyi luminescence (Նկար 27): Այնուամենայնիվ, ազդանշանի փոխանցումը դեպի V. harveyi արտաբջջային միջավայրի ավտոինդուկտորի քվորումի սենսորից մինչև բջջի օպերոնը գործառականորեն համասեռ է լյուքսI/R- ի V. fischeri լուսատուի ակտիվացման մեջ: Տարբեր կարգավորիչ բաղադրիչների վրա ինտեգրված գործառույթի բաժանման նպատակը կարող է պայմանավորված լինել լուսարձակումների կարգավորումը մեկ կամ մի քանի նյութափոխանակության ուղիներին միացնելով և լուսատուների արտանետումների մակարդակի ճշգրիտ կարգավորմամբ: V. harveyi ի պատասխան սննդային ազդանշանների: Հետևաբար, անհրաժեշտ է պարզաբանել ազդանշանային ռելեի համակարգում ներգրավված յուրաքանչյուր կարգավորիչ տարրի գործառույթը `որոշելու այս կարգավորիչ բաղադրիչների հնարավոր փոխազդեցությունը բջջային նյութափոխանակության այլ ուղիների հետ և դրանց ներդրումը լուսարձակումների արտանետման մակարդակի մոդուլյացիայի մեջ: Հետևաբար, կարգավորիչ բաղադրիչների բաժանված գործառույթները V. harveyi ինտեգրվածի հետ կապված լյուքսI/R in V. fischeri հակիրճ նկարագրվելու է այստեղ: Ի տարբերություն սերտորեն կապված և հարակից լյուքսՌ և լյուքսICDABE- ը գործում է V. fischeri գենոմ, բոլոր կարգավորիչ լյուքս գեներ, որոնք ներգրավված են վերահսկելու համար լյուքսCDABE արտահայտությունը ցրված է V. harveyi գենոմը. Բացի այդ, կան ազդանշանային փոխանցման երկու ուղիներ, որոնք արձագանքում են երկու տարբեր ավտոինդուկտորների V. harveyi լյումինեսցիայի կարգավորում. Ինդուկտիվատորը՝ N-(3-հիդրօքսիբուտանոյլ)հոմոսերին լակտոնը (Նկար 22), արտադրվում է աուտոինդուտոր սինթետազի կողմից, որը կոդավորված է. լյուքսM- ն և մյուս ավտոարտադրողը ՝ ֆուրանոսիլ բորատ դիեսթեր (Նկար 26), սինթեզվում են լյուքսS autoinducer synthetase:

Չնայած որ լյուքսԵս սինթետազ եմ V. fischeri սինթեզում է հոմոսերին լակտոնի ածանցյալը, որը նման է LuxM սինթետազի արտադրածին V. harveyi, ոչ LuxM-ը, ոչ LuxS-ը չեն կիսում հաջորդականության հոմոլոգիան ավտոինդուկտորի սինթետազին (LuxI) V. fischeri. Ի տարբերություն տառադարձման ակտիվացնող համալիրի (LuxI ավտոինդուկտոր և LuxR կարգավորիչ սպիտակուց) ձևավորման, որն անմիջականորեն գործում է լյուքսCDABE օպերոն՝ տառադարձումն ակտիվացնելու համար V. fischeri, աուտոինդուկտորները արտաբջջային միջավայր արտազատվում են V. harveyi կապել համապատասխան ինքնաարտադրող ընկալիչների հետ (LuxM ավտոինդուկտորը կապում է LuxN արտամեկուսային սպիտակուցի արտաբջջային տիրույթը LuxS ավտոինդուկտորը կապում է LuxP/Q տրանսմեմբրանային սպիտակուցային համալիրի արտաբջջային LuxP ստորաբաժանումը) մեմբրանի սպիտակուցների հետ, որոնք արտաբջջային միջավայրում ունեն ինքնաընդունիչ ընկալիչների տիրույթ և քինազ/ֆոսֆատազ տիրույթները ներբջջային միջավայրում (Նկար 27): Ավտոինդուկտորների կապը համապատասխան ընկալիչների տիրույթների հետ այնուհետև առաջացնում է ներբջջային տիրույթների կոնֆորմացիոն փոփոխություն ՝ ակտիվացնելով LuxN և LuxP/Q ազդանշանային միջնորդների ներբջջային ֆոսֆատազային գործունեությունը (Նկար 27): Այս պահից ազդանշանը միանում է, և LuxN-ի և LuxP/Q-ի երկու ֆոսֆատազային տիրույթները դեֆոսֆորիլացնում են LuxU կարգավորող սպիտակուցը, որն այնուհետև ապաֆոսֆորիլացնում է LuxO-ը՝ հեռացնելով ռեպրեսիան լյուքսCDABE գեներ: LuxO-ն սիգմա-54 կարգավորիչ է և ենթադրվում է, որ խթանում է ռեպրեսորի սինթեզը լյուքս օպերոն և/կամ լյուքսR. Երբ LuxO կարգավորող սպիտակուցը դեֆոսֆորիլացվի, ռեպրեսիան շարունակվում է լյուքսCDABE արտահայտությունը թեթևանում է՝ թողնելով LuxR-ին որպես ակտիվացնող լյուքսCDABE օպերոն (Նկար 27): Այնուամենայնիվ, կարևոր է ընդգծել, որ V. harveyi LuxR- ը չունի որևէ հաջորդականություն կամ կառուցվածքային հոմոլոգիա V. fischeri LuxR- ը ոչ էլ V. harveyi LuxR- ն ուղղակիորեն փոխազդում է ինքնաարտադրողի հետ: Հետաքրքիր է նկատել դա V. harveyi utilizes an extensive signal transduction mechanism involving multiple steps of phosphorylation and dephosphorylation to deliver the membrane-diffusible autoinducer signal from the extracellular environment to the LuxR activator in the cell, while the LuxR protein of V. fischeri directly binds the autoinducer to activate luxCDABE expression (Figure 27).

As both the phosphorylation and dephosphorylation are integral activities of various signal transductions pathways involved in controlling cellular growth, the transfer of the quorum-sensing signal by a phospho-transduction system to the lux operon provides an excellent opportunity to integrate metabolic energy with the quorum sensing regulation in luminous bacteria.

The phenomena of bioluminescence in nature have always been a focus of human attention. Prior to the identification of luminous organisms, the presence of even a dim luminous glow in the dark frightened countless numbers of individuals, who perceived the glimmer as ghosts or supernatural spirits. However, the curiosity of scientists to solve the mysteries of nature led to the identification of many luminous organisms responsible for the light emission in different environmental settings. The isolation of luminous bacteria from marine and terrestrial environments, and the characterization of their properties have resulted in the identification of a number of luminous bacterial species classified into several genera. All luminescent bacteria utilize FMNH 2 , O 2 , and long fatty aldehyde as substrates for the bioluminescence reaction catalyzed by luciferase (LuxAB), with the fatty acid reductase complex (LuxCDE) synthesizing the long chain aldehyde substrate of tetradecanal. A NAD(P)H-dependent FMN reductase found in most if not all bacteria generates the FMNH 2 substrate.

Consequently, only the five genes in the lux operon, luxCDABE, are needed to produce light emission, even in bacteria that normally do not emit light, and thus provide the opportunity to utilize the bacterial lux system as a light emitting sensor in many bacteria.

The regulation of the induction of expression of the luxCDABE genes in luminescent bacteria at high cell density has led to the development of molecular prototypes for quorum sensing, an important new regulatory mechanism signaling bacterial crowding, and now found controlling key secondary metabolic pathways in many nonluminescent bacteria. Advances in understanding the molecular mechanisms, structures and regulation of the lux enzymes and genes of luminescent bacteria has answered many of the questions, but why bacteria utilize the energy of the cell to emit light in this exergonic process, and how the luminescent system interfaces at the molecular level with the metabolic and energy supplying pathways in the bacteria still remains a mystery.

Bacterial luciferase is one of the few enzymes that has been extensively investigated over the past few decades. The reason behind its continuously-received attention in science, particularly in enzyme research, is the complexity of the substrate-substrate and substrate-enzyme interaction along the reaction pathway.

A crucial factor, which effectively assists researchers in resolving and understanding the complex intermolecular interaction in the luciferase catalyzed reaction, is the unique architecture of the active site in the 3-dimensional structure of bacterial luciferase. However, before taking the advantage of this structural information in functional inferences, scientists not only have to accurately locate the ligand-binding site, but also have to be able to visualize the conformation of the protein bound ligand in coordination with all the active site structural features in the surrounding environment. Because the crystal structure of bacterial luciferase does not contain bound substrates, researchers in this field have recently built the flavin into the active site of bacterial luciferase with molecular modeling.

The structural information, derived from the molecular modeling investigation not only correlates with several experimental results already existing in the literature but also allows researchers to expand their research projects to new areas. In this exercise you will walk through the experiments, and analyze all the results supplied to you to derive a hypothesis, which was actually used in the development of the recently proposed flavin-luciferase complex model.

Suggestion: The following step-by-step procedure outlines the highlights of events, which actually took place during the development of the proposed flavin-luciferase complex model. You should read the graphics and results, and process the information before proceeding to the next step. The purpose of this walkthrough is to put you in simulation with the events, which occurred during the actual research project.

Step 01: Inspecting the active site of bacterial luciferase. The active site space of bacterial luciferase is represented by the blue-bubble at the center of Figure 28. The outline of the blue-blob is the contour surface of the active site cavity, created by amino acid residues.



As you can see from the above figure, the volume and the shape of the active site cavity (blue bubble) is very large and deep. The purpose for this large empty space is obvious, because bacterial luciferase has to have a "roomy pocket" to accommodate two large substrates (the reduced flavin mononucleotide and the fatty long chain aldehyde) and one oxygen molecule. Secondly, it can also be seen that there is no protruding structural elements dividing this cavity into designated substrate binding site for each of the substrates, foreshadowing the complexity involved in the intermolecular interactions between substrates in coordination with the active site pocket.

Step 02: Relating the inorganic phosphate ion to the phosphate group of flavin mononucleotide. The presence of an inorganic phosphate ion in the active site provides scientists a good guess/hint about the position (Figure 29), to which the phosphate group of flavin is most likely to anchor in the active site.


However, it is important for an investigator (you, as a scientist) to confirm this hypothesis before assigning the geometrical coordinates of the phosphate group of flavin to the location where the inorganic phosphate ion resides in the crystal structure (Figure 30).



12), to a glutamate, whose carboyxlate side chain is negatively chaged (pKa

4). The use of riboflavin, a FMN analog that lacks the negatively charged phosphate group, in combination with the changes in the side chain electronic property at position 107, were used to assess the validity of the hypothesis.


The activity of the luciferases, measured against both FMNH 2 and riboflavin shows that the glutamate mutant, R107E, prefers riboflavin to FMNH 2 , indicating that the negatively charged carboxylate side chain of R107E is repelling the negatively charged phosphate group of FMNH 2 (Figure 32). The reversal in the substrate preference in R107E mutant demonstrates the existence of interaction between the side chain at position 107 and the phosphate group of FMNH 2 .


In addition, the insensitivity of the glutamate mutant, R107E, to the increasing inorganic phosphate ion concentration indicates that the negatively charged carboxylate side chain of R107E effectively repels the inorganic phosphate ion from entering the phosphate-binding site (Figure 33). As these results establish an excellent correlation between the effect of mutation and the site of mutation, the function of the side chain at position 107 in binding the phosphate group of flavin substrate was established, and the hypothesis was also supported.


Step 03: Searching for the most probable flavin binding geometry.
Figure 34 shows the overlapping of all the binding conformations of flavin found during the molecular modeling. Here, the "messiness" of the superimposed flavin models represents that the active site cavity has been thoroughly searched for the flavins with geometrically possible conformations. However, as several literature references, published over the past few decades, have clearly indicated that the enzyme bound flavin is tightly coordinated with little vibration in motion in the ligand binding site, the correct binding geometry must be one of the models shown above. Therefore, a screening procedure for selecting the correct model must be devised.


Step 04: Identifying the pharmacophoric information from the structure-activity data of flavin analogs. Figure 35 shows the results extracted from a published article. As the linker group, which connects the phosphate to the catalytic isoalloxazine, changes in length, the activity also changes. The dramatic change from full enzyme activity with phospho-butyl-flavin to hundred-fold lower activity with phospho-propyl-flavin indicates that flavin-enzyme interaction is highly dependent on the length of the linker moiety, which is highlighted in blue in the above Figure. That is, with the phosphate group of flavin anchored at the phosphate binding site in the enzyme, and following the projection of the catalytic isoalloxazine group into the active site cavity, the linker group must have sufficient length for the catalytic isoalloxazine group to adapt an active binding geometry in the active site. The result in Figure 36 shows that the minimal linker size required for this binding process to successfully occur is 4-carbons long. The dramatic difference in activity between the linker size of 3-carbons unit and 4-carbons unit implies that the length of the linker is the constraining structural element controlling the overall function of the molecule.


Step 05: Developing a selection procedure. In the schematic graph (Figure 36), the yellow cylinder represents the phosphate-binding site. The pie-shaped sector, extending from the phosphate-binding site, represents the field, to which the catalytic isoalloxazine group of flavin is allowed to reach with the given number of carbons in the linker moiety. The pharmacophoric information, extracted from the actual biochemical data, indicates that the active binding geometry occurs when the flavin has a minimum of 4-carbons in the linker moiety. With all the information in mind, the active binding geometry of the catalytic isoalloxazine moiety must be common and easily accessible by the fully active flavin analogs (i.e., with a 4-carbon and 5-carbon unit linker). In addition, this specific binding geometry of the catalytic isoalloxazine must be absent in the pool of models built with phospho-propyl-flavin. Therefore, multiple cycles of conformational searches for flavin analogs with 3, 4, and 5 carbons unit linkers were carried out. By selecting the isoalloxazine conformations, which are common among phospho-butyl-flavin and phospho-pentyl-flavin and FMN, followed by eliminating the conformers that are within the search field of phospho-propyl-flavin, researchers effectively narrowed down the number of possible models to one.


Figure 37 shows three flavin models, which are clustered together in space. The phospho-butyl-flavin is colored in burgundy, the phospho-pentyl-flavin in colored in green, and the natural flavin, FMN, is colored in yellow. Figure 38 shows that the isoalloxazine moieties (the tricyclic moiety) of butyl-flavin, pentyl-flavin, and FMN are all in the same orientation and space. The common geometry of the isoalloxazine chromophore shown in Figure 38 is also the model that was proposed.


[ՆՇՈՒՄ: For detailed information on topics provided in this exercise, please refer to Lin et al. (2001) Modeling of the bacterial luciferase-flavin mononucleotide complex combining flexible docking with structure-activity data. Սպիտակուցի գիտ. 10: 1563-1571.]


Aerobic Bacteria

Aerobic bacteria require oxygen to perform cellular respiration and derive energy to survive. In short, aerobic bacteria grows and multiplies only in the presence of oxygen. To know more about aerobic bacteria, read on.

Aerobic bacteria require oxygen to perform cellular respiration and derive energy to survive. In short, aerobic bacteria grows and multiplies only in the presence of oxygen. To know more about aerobic bacteria, read on.

Mention bacteria and nearly all of us assume them to be disease-causing microbes. However, not many of us know that bacteria play a major role in the overall functioning of our ecosystem. Believe it or not, a major biomass of the earth is contributed by minute bacterial cells. Consequently, the variability of bacteria in terms of shape, size, dwelling place, feeding habit, and surviving requirements is extremely vast.

Կցանկանայի՞ք գրել մեզ համար: Դե, մենք փնտրում ենք լավ գրողներ, ովքեր ցանկանում են տարածել խոսքը: Կապվեք մեզ հետ և մենք կխոսենք:

Bacteria are omnipresent, meaning that they are found in any type of environmental conditions. Some of the species are isolated from the least hospitable areas like hot springs, below the earth’s crust, and in radioactive wastes. So, you can imagine the adaptability of bacteria in comparison to other living beings. Based on whether oxygen is required for survival or not, bacteria are classified as aerobic and anaerobic. This article introduces you to aerobic bacteria with examples and tells you how they differ from the anaerobic ones.
Types of Aerobic Bacteria Aerobic bacteria require oxygen for survival. Various types of aerobic bacteria are enlisted here.

Obligate Aerobes: These bacterial strains compulsorily require oxygen for deriving energy, growth, reproduction, and cellular respiration.

Facultative and Microaerophiles: Contrary to obligate aerobes, there are anaerobic bacteria, which live in a non-oxygenated environment throughout their life. Intermediary to these two groups are facultative bacteria (e.g., E. coli, Staphylococcus) and microaerophilic bacteria (e.g., Campylobacter, Helicobacter pylori). Facultative bacteria behave both aerobically and anaerobically, according to the prevailing conditions. Those of the microaerophilic type require oxygen, but in very low concentrations.

How to distinguish between Aerobic and Anaerobic Bacteria In microbiology and biology experiments, obligate aerobic bacteria can be isolated easily by culturing a mass of bacterial strains in a liquid medium. Since they are oxygen-needing organisms, they tend to collect in the top surface of the liquid medium, so as to absorb the maximum oxygen available to them.

Examples of Aerobic Bacteria
Studying the characteristic features and importance of bacteria is a major part of bacteriology. Mentioned below are some examples of aerobic bacteria and their characteristic features:

Բացիլլուս
The genus Bacillus encompasses both obligate and facultative types of bacterial species. They include free living or pathogenic strains. For example, B. subtilis is a free-living soil bacterium, while B. anthrax infection causes anthrax disease. Ubiquitous in habit and having a large-sized genome, various species of Bacillus are commercially used for enzyme production and genetic researches.

Mycobacterium tuberculosis
As the name suggests, it is a species of pathogenic bacteria that cause tuberculosis. It is a rod shaped, obligate aerobic bacteria, characterized by the presence of a waxy layer on the wall. Being an oxygen-needing species, M. tuberculosis infects the lungs of mammalians, where oxygen is present in very high amounts. It divides at a very slow rate, after about 15 hours of infection.

Նոկարդիա
Rod-shaped and gram positive type, the genus nocardia comprises more than 80 species. Out of these, some are capable of causing health conditions, while others are non-pathogenic. The disease caused by infection of nocardia is called nocardiosis, affecting only the lungs or the whole body. Usually, nocardia thrives in the oral cavity, mostly in the gums and periodontal pockets.

Կցանկանայի՞ք գրել մեզ համար: Դե, մենք փնտրում ենք լավ գրողներ, ովքեր ցանկանում են տարածել խոսքը: Կապվեք մեզ հետ և մենք կխոսենք:

Լակտոբացիլուս
Lactobacillus is not a true aerobic bacteria, but it is included in the facultative type. You might have already heard about the application of this bacterium in curdling and fermentation of food items. It is normally found in the oral cavity and intestines without causing any symptoms. Rather, some Lactobacillus species are beneficial for health and classified as probiotic flora.

Pseudomonas Aeruginosa
Pseudomonas Aeruginosa is an gram-negative, rod shaped, obligate bacterium that causes diseases in humans and animals. It attacks people with a weak immune system. It is found everywhere in the environment. Infections caused by this bacterium are characterized by inflammations. If this infection occurs in the lungs or other vital organs, it can prove to be fatal. Diseases caused by it are pneumonia, urinary tract infections, and gastrointestinal infections. In addition to the above-mentioned strains, the list of aerobic bacteria includes Staphylococcus (facultative) and Enterobacteriacae species (facultative) among others. The major roles of aerobic bacteria include recycling of nutrients, decomposing waste products, and assisting in plant nutrient absorption. As they play a crucial role in the efficient working of septic systems, aerobic bacteria generators used in tanks. Bacteria from the generator aid in digesting harmful gases, foul odor, and help with other waste digesting problems.

Առնչվող գրառումներ

Bacteria with nitrogen-fixing ability, play a very important rule in the biological cycle. This article provides detailed information about various types of such bacteria.

Gram-negative bacteria refers to a broad category of bacteria that are unable to retain the crystal violet dye owing to their distinct cell wall structure. Know more about such bacteria&hellip

Մանրէների դասակարգումն ավելի բարդ է, քան հիմնված հիմնական գործոնների վրա, ինչպիսիք են ՝ դրանք վնասակար են, թե օգտակար մարդկանց կամ շրջակա միջավայրի համար: Այս հոդվածը&hellip


Principle:


The increase in the cell size and cell mass during the development of an organism is termed as growth. It is the unique characteristics of all organisms. The organism must require certain basic parameters for their energy generation and cellular biosynthesis. The growth of the organism is affected by both physical and Nutritional factors. The physical factors include the pH, temperature, Osmotic pressure, Hydrostatic pressure, and Moisture content of the medium in which the organism is growing. The nutritional factors include the amount of Carbon, nitrogen, Sulphur, phosphorous, and other trace elements provided in the growth medium. Bacteria are unicellular (single cell) organisms. When the bacteria reach a certain size, they divide by binary fission, in which the one cell divides into two, two into four and continue the process in a geometric fashion. The bacterium is then known to be in an actively growing phase. To study the bacterial growth population, the viable cells of the bacterium should be inoculated on to the sterile broth and incubated under optimal growth conditions. The bacterium starts utilising the components of the media and it will increase in its size and cellular mass. The dynamics of the bacterial growth can be studied by plotting the cell growth (absorbance) versus the incubation time or log of cell number versus time. The curve thus obtained is a sigmoid curve and is known as a standard growth curve. The increase in the cell mass of the organism is measured by using the Spectrophotometer. The Spectrophotometer measures the turbidity or Optical density which is the measure of the amount of light absorbed by a bacterial suspension. The degree of turbidity in the broth culture is directly related to the number of microorganism present, either viable or dead cells, and is a convenient and rapid method of measuring cell growth rate of an organism. Thus the increasing the turbidity of the broth medium indicates increase of the microbial cell mass (Fig 1) .The amount of transmitted light through turbid broth decreases with subsequent increase in the absorbance value.

Fig 1: Absorbance reading of bacterial suspension

The growth curve has four distinct phases (Fig 2)

1. Lag phase

When a microorganism is introduced into the fresh medium, it takes some time to adjust with the new environment. This phase is termed as Lag phase, in which cellular metabolism is accelerated, cells are increasing in size, but the bacteria are not able to replicate and therefore no increase in cell mass. The length of the lag phase depends directly on the previous growth condition of the organism. When the microorganism growing in a rich medium is inoculated into nutritionally poor medium, the organism will take more time to adapt with the new environment. The organism will start synthesising the necessary proteins, co-enzymes and vitamins needed for their growth and hence there will be a subsequent increase in the lag phase. Similarly when an organism from a nutritionally poor medium is added to a nutritionally rich medium, the organism can easily adapt to the environment, it can start the cell division without any delay, and therefore will have less lag phase it may be absent.

2. Exponential or Logarithmic (log) phase

During this phase, the microorganisms are in a rapidly growing and dividing state. Their metabolic activity increases and the organism begin the DNA replication by binary fission at a constant rate. The growth medium is exploited at the maximal rate, the culture reaches the maximum growth rate and the number of bacteria increases logarithmically (exponentially) and finally the single cell divide into two, which replicate into four, eight, sixteen, thirty two and so on (That is 2 0 , 2 1 , 2 2 , 2 3 . 2 n , n is the number of generations) This will result in a balanced growth. The time taken by the bacteria to double in number during a specified time period is known as the generation time. The generation time tends to vary with different organisms. E.coli divides in every 20 minutes, hence its generation time is 20 minutes, and for Staphylococcus aureus it is 30 minutes.

3. Stationary phase

As the bacterial population continues to grow, all the nutrients in the growth medium are used up by the microorganism for their rapid multiplication. This result in the accumulation of waste materials, toxic metabolites and inhibitory compounds such as antibiotics in the medium. This shifts the conditions of the medium such as pH and temperature, thereby creating an unfavourable environment for the bacterial growth. The reproduction rate will slow down, the cells undergoing division is equal to the number of cell death, and finally bacterium stops its division completely. The cell number is not increased and thus the growth rate is stabilised. If a cell taken from the stationary phase is introduced into a fresh medium, the cell can easily move on the exponential phase and is able to perform its metabolic activities as usual.

4. Decline or Death phase

The depletion of nutrients and the subsequent accumulation of metabolic waste products and other toxic materials in the media will facilitates the bacterium to move on to the Death phase. During this, the bacterium completely loses its ability to reproduce. Individual bacteria begin to die due to the unfavourable conditions and the death is rapid and at uniform rate. The number of dead cells exceeds the number of live cells. Some organisms which can resist this condition can survive in the environment by producing endospores.

Fig 2: Different phases of growth of a bacteria

CALCULATION:


The generation time can be calculated from the growth curve(Fig 3).

Fig 3: Calculation of generation time

The exactly doubled points from the absorbance readings were taken and, the points were extrapolated to meet the respective time axis.


Generation Time = (Time in minutes to obtain the absorbance 0.4) &ndash (Time in minutes to obtain the absorbance 0.2)

Let No = the initial population number


N = the number of generations in time t



The growth rate can be expressed in terms of mean growth rate constant (k), the number of generations per unit time.



Mean generation time or mean doubling time (g), is the time taken to double its size.

Substituting equation 4 in equation 3


(Since the population doubles t= g)

Mean growth rate constant,
Mean generation time,


The Science of Fitness

The Science of Fitness: Power, Performance, and Endurance clearly explains the vital connection between diet and exercise in the human body. With this knowledge, you can use the right exercise and nutrition to obtain a higher quality life, prevent disease, and slow the aging process.

Authored in a straightforward style and with color images throughout, this book explores the cellular science behind fitness, protein synthesis, and healthy living. With it you will learn the most recent and important discoveries in the relationships between physical fitness, nutrition, weight loss, and weight management. It provides key information on the body’s mitochondrial processes and their role in aging, along with well-informed discussions on general nutrition, sports nutrition, exercise physiology, how to enhance athletic performance, and how exercise strengthens the mind.

Whether you are interested in how to eat healthy, train for your first (or next) marathon, take your fitness to the next level, find the best super foods, or simply want to improve your vitality through healthy, doable practices, this book will help you on your journey regardless of age or fitness level.

The Science of Fitness: Power, Performance, and Endurance clearly explains the vital connection between diet and exercise in the human body. With this knowledge, you can use the right exercise and nutrition to obtain a higher quality life, prevent disease, and slow the aging process.

Authored in a straightforward style and with color images throughout, this book explores the cellular science behind fitness, protein synthesis, and healthy living. With it you will learn the most recent and important discoveries in the relationships between physical fitness, nutrition, weight loss, and weight management. It provides key information on the body’s mitochondrial processes and their role in aging, along with well-informed discussions on general nutrition, sports nutrition, exercise physiology, how to enhance athletic performance, and how exercise strengthens the mind.

Whether you are interested in how to eat healthy, train for your first (or next) marathon, take your fitness to the next level, find the best super foods, or simply want to improve your vitality through healthy, doable practices, this book will help you on your journey regardless of age or fitness level.


Բաժնի ամփոփում

If NADH cannot be metabolized through aerobic respiration, another electron acceptor is used. Most organisms will use some form of fermentation to accomplish the regeneration of NAD + , ensuring the continuation of glycolysis. The regeneration of NAD + in fermentation is not accompanied by ATP production therefore, the potential for NADH to produce ATP using an electron transport chain is not utilized.

Additional Self Check Questions

1. Tremetol, a metabolic poison found in white snake root plant, prevents the metabolism of lactate. When cows eat this plant, Tremetol is concentrated in the milk. Humans who consume the milk become ill. Symptoms of this disease, which include vomiting, abdominal pain, and tremors, become worse after exercise. Why do you think this is the case?

2. When muscle cells run out of oxygen, what happens to the potential for energy extraction from sugars and what pathways do the cell use?

Answers

Բառարան

anaerobic cellular respiration: the use of an electron acceptor other than oxygen to complete metabolism using electron transport-based chemiosmosis

fermentation: the steps that follow the partial oxidation of glucose via glycolysis to regenerate NAD + occurs in the absence of oxygen and uses an organic compound as the final electron acceptor


Մուտքի ընտրանքներ

Ստացեք ամսագրի ամբողջական հասանելիություն 1 տարով

Բոլոր գները NET գներ են:
ԱԱՀ-ն կավելացվի ավելի ուշ վճարման ժամանակ:
Հարկերի հաշվարկը վերջնականապես կավարտվի դուրսգրման ժամանակ:

Ստացեք ժամանակի սահմանափակ կամ ամբողջական հոդվածի հասանելիություն ReadCube-ում:

Բոլոր գները NET գներ են:


Alkaliphiles

At the other end of the spectrum are alkaliphiles, microorganisms that have pH optima between 8.0 and 11. Vibrio cholerae , the pathogenic agent of cholera , grows best at the slightly basic pH of 8.0 it can survive pH values of 11.0 but is inactivated by the acid of the stomach. When it comes to survival at high pH, the bright pink halophilic archaeon Natronobacterium , found in the soda lakes of the African Rift Valley, may hold the record at a pH of 10.5 (Fig. 9.37). Extreme alkaliphiles have adapted to their harsh environment through various evolutionary modifications. Alkaliphilic archaea have diether lipid membranes. The ether linkage is more resistant to chemical or thermal degradation compared to the ester-linked phospholipids. Given the paucity of protons in alkaline environments, maintaining a proton motive force is probably the most pressing challenge for alkaliphiles. One of the adaptations of alkaliphilic halophilic bacteria and archaea in soda lakes and other highly salty environments is the evolution of coupled transporters and flagella that exploit sodium motive force, thus conserving the PMF for oxidative and photophosphorylation by the ATP synthase. The cell surface of alkaliphiles has a high concentration of acidic (i.e. negatively charged) molecules and it has been suggested this acts as a “proton sponge†, allowing a more rapid lateral diffusion of protons from the ETS, to the ATP synthase, compared to the rate of diffusion into the surrounding waters [1] Finally, alkaliphiles may use Na + /H + antiport to create a sodium motive force. For example, the alkaliphile Bacillus firmus derives the energy for transport reactions and motility from SMF rather than a proton motive force. As with the acidophiles, the genes for secreted proteins of alkaliphiles have evolved to give enzymes that resist deprotonation/denaturation and chemical degradation at the high pH of their environment. These enzymes are also of interest to biotechnology companies. In fact, laundry detergents, which are alkaline in nature, contain alkaliphilic lipases and proteases to improve their stain-removing abilities.

Figure 9.37. View from space of Lake Natron in Tanzania. The pink colour is due to the pigmentation of the extreme alkaliphilic and halophilic microbes that colonize the lake. [Credit: NASA]


Media used in Citrate Utilization Test

Simmon’s Citrate Agar

Կոմպոզիցիա

Sodium Chloride5.0 gm
Sodium Citrate (dehydrate)2.0 gm
Ammonium Dihydrogen Phosphate1.0 gm
Dipotassium Phosphate1.0 gm
Magnesium Sulfate (heptahydrate)0.2 gm
Bromothymol Blue0.08 gm
Ագար15.0 gm

Deionized water = 1,000 ml
Final pH 6.9 +/- 0.2 at 25 degrees C.

Պատրաստում

  1. Dissolve above salts in deionized water.
  2. Adjust pH to 6.9.
  3. Add agar and Bromothymol blue.
  4. Gently heat, with mixing, to boiling until agar is dissolved.
  5. Dispense 4.0 to 5.0 ml into 16-mm tubes.
  6. Autoclave at 121 degree C under 15 psi pressure for 15 minutes.
  7. Cool in slanted position (long slant, shallow butt).
  8. Tubes should be stored in a refrigerator to ensure a shelf life of 6 to 8 weeks.
  9. The uninoculated medium will be a deep forest green due to the pH of the sample and the bromothymol blue.

Factors Affecting Wound Healing

Multiple factors can lead to impaired wound healing. In general terms, the factors that influence repair can be categorized into local and systemic. Local factors are those that directly influence the characteristics of the wound itself, while systemic factors are the overall health or disease state of the individual that affect his or her ability to heal ( Table 2 ). Many of these factors are related, and the systemic factors act through the local effects affecting wound healing.