ACIDOPHILES: מאפיינים, דוגמאות של מיקרואורגניזמים, יישומים - ביולוגיה - 2025

אורגניזמים חומציים הם סוג של מיקרואורגניזם (פרוקריוטי או אוקריוטי) המסוגלים להתרבות ולחיות בסביבות שערכי ה- pH שלהם פחות מ -3. למעשה, המונח אסידופילוס בא מיוונית ופירושו "חובב חומצות".

סביבות אלה יכולות להגיע מפעילות געשית עם שחרור גזים גופריים או תערובת של תחמוצות מתכתיות ממכרות ברזל. בנוסף, הם יכולים להיות תוצר של הפעילות או חילוף החומרים של האורגניזמים עצמם, המחמצים את סביבתם שלהם כדי לשרוד.

המים החומציים של ריו טינטו משמשים בית גידול למגוון גדול של מיקרואורגניזמים בעלי זנב-חומצה המעניקים לו את צבעו האופייני. מאת אנטוניו דה מיגאס, ספרד, מתוך ויקימדיה.

אורגניזמים המסווגים בקטגוריה זו שייכים גם לקבוצה הגדולה של אורגניזמים קיצוניים, מכיוון שהם גדלים בסביבות שה- pH שלהם מאוד חומצי. שם רוב התאים אינם מסוגלים לשרוד.

בנוסף, חשוב להדגיש כי לקבוצה זו של אורגניזמים יש חשיבות רבה מבחינה אקולוגית וכלכלית.

מאפיינים כלליים

תחרות, טורף, הדדיות וסינרגיה

מרבית האורגניזמים החמצתיים צומחים וחיים בנוכחות חמצן. עם זאת, ישנן עדויות לחמצת העשויה להתפתח הן בהיעדר והן בנוכחות חמצן.

בנוסף, אורגניזמים אלה מייצרים סוגים שונים של אינטראקציות עם אורגניזמים אחרים כמו תחרות, טורף, הדדיות וסינרגיה. דוגמה לכך הן התרבויות המעורבות של אסידופילוס המציגות צמיחה ויעילות גבוהה יותר בחמצון של מינרלים גופריתיים בהשוואה לתרבויות האישיות.

צרבת, בעיה לפתור

נראה כי האידופילים חולקים מאפיינים מבניים ותפקודיים ייחודיים המאפשרים להם לנטרל את החומציות. אלה כוללים ממברנות תאים אטומות ביותר, יכולת ויסות פנימית גבוהה ומערכות הובלה ייחודיות.

מכיוון שאסידופילים חיים בסביבה בה ריכוז הפרוטונים גבוה, הם פיתחו מערכות משאבה האחראיות לגירוש פרוטונים כלפי חוץ. אסטרטגיה זו משיגה כי פנים החיידקים הוא בעל pH קרוב מאוד לניטראלי.

אורגניזמים חומציים פיתחו מערכת של משאבות פרוטון המאפשרת להם לשאוב פרוטונים החוצה ולשמור על רמת pH תוך תאית קרוב לניטראלי. מאת PhilMacD, מ- Wikimedia Commons.

עם זאת, במוקשים עם תכולה גבוהה של חומצה גופרתית, נמצאו מיקרואורגניזמים ללא קיר תא, מה שמעיד כי גם ללא הגנה זו הם נתונים לריכוזים גבוהים של פרוטונים.

מצד שני, בגלל התנאים הקיצוניים אליהם עוברים סוגים אלה של מיקרואורגניזמים, עליהם להבטיח כי כל החלבונים שלהם הם פונקציונליים ולא מופרכים.

לשם כך, החלבונים המסונתזים הם בעלי משקל מולקולרי גבוה, כך שיש מספר גדול יותר של קשרים בין חומצות האמינו המהוות אותם. באופן זה, קשה יותר לשבור את הקשרים ולהתרחש ויציבות גבוהה יותר למבנה החלבון.

חדירות קרום גבוהה

ברגע שהפרוטונים נכנסים לציטופלסמה, אורגניזמים אסידופיליים צריכים ליישם שיטות המאפשרות להם להקל על ההשפעות של pH פנימי מופחת.

כדי לסייע בשמירה על רמת החומציות, ל- acidophiles יש קרום תא אטום המגביל את כניסתם של פרוטונים לציטופלסמה. זה נובע מהעובדה כי הממברנה של חומצה ארקאהאה מורכבת מסוגים אחרים של ליפידים מאלה שנמצאים בחיידקים ובקרומי התא האוקריוטים.

בארכאה, יש לפוספוליפידים אזור הידרופובי (איזופנואיד) ואזור קוטבי המורכב מעצם הגליצרול וקבוצת הפוספטים. בכל מקרה האיחוד נובע מקשר אתר, המייצר התנגדות רבה יותר, במיוחד בטמפרטורות גבוהות.

בנוסף, במקרים מסוימים אין לארכאאה דו-שכביים, אלא תוצר של איחוד של שתי שרשראות הידרופוביות, הם מהווים חד-שכבתי, כאשר המולקולה היחידה בשתי קבוצות קוטביות מעניקה להם התנגדות רבה יותר.

מצד שני, למרות העובדה שהפוספוליפידים המרכיבים את קרומי החיידקים והאיקריוטים שומרים על אותו מבנה (אזור הידרופובי ואזור קוטבי), הקשרים הם מסוג אסטר ויוצרים דו שכבתי ליפידים.

חשיבות של

אורגניזמים חומציים הם בעלי חשיבות פוטנציאלית להתפתחות, מכיוון שהתנאים החומציות הנמוכה והתעשירים המתכתיים בהם הם צומחים היו דומים לתנאים הגעשיים התת-קרקעיים בראשית כדור הארץ.

כך, אורגניזמים אסידופיליים יכולים לייצג שרידים קדומים מהם התפתחו חיים מורכבים יותר.

בנוסף, מכיוון שהתהליכים המטבוליים יכלו מקורם על פני השטח של מינרלים גופרתיים, יתכן שמבנה ה- DNA של אורגניזמים אלה יכול היה להתרחש ב- pH חומצי.

ויסות באורגניזמים אסידופיליים

ויסות ה- pH חיוני לכל האורגניזמים, מסיבה זו אסידופילים צריכים להיות בעלי pH תאי קרוב לניטרלי.

עם זאת, אורגניזמים אסידופיליים מסוגלים לסבול מדרגות pH של מספר סדרי גודל, לעומת אורגניזמים הגדלים רק ב- pH קרוב לנטרל. דוגמא לכך היא Thermoplasma acidophilum המסוגלת לחיות ב pH 1.4 תוך שמירה על pH פנימי על 6.4.

הדבר המעניין באורגניזמים אסידופיליים הוא שהם מנצלים את שיפוע ה- pH הזה כדי לייצר אנרגיה באמצעות כוח המניע של פרוטון.

דוגמאות למיקרואורגניזמים אסידופיליים

אורגניזמים חומציים מופצים בעיקר בחיידקים ובארכאאה ותורמים למספר מחזורים ביוגוכימיים, הכוללים את מחזורי הברזל והגופרית.

בין הראשונים יש לנו Ferroplasma acidarmanus, שהיא ארכא המסוגלת לצמוח בסביבות עם pH קרוב לאפס. פרוקריוטים נוספים הם Picrophilus oshimae ו- Picrophilus torridus, שהם גם תרמופיליים וגדלים במכתשים געשיים יפניים.

יש לנו גם כמה אאוקריוטים אסידופיליים כמו Cyanidyum caldariuym, המסוגל לחיות ב pH קרוב לאפס, ולשמור על פנים התא ברמה ניטרלית כמעט.

Acontium cylatium, Cephalosporium sp. ו- Trichosporon cerebriae, הם שלושה אוקריוטים מממלכת הפונגי. אחרים מעניינים לא פחות הם Picrophilus oshimae ו- Picrophilus torridus.

יישומים

שטיפת

תפקיד חשוב של מיקרואורגניזמים אסידופיליים כרוך ביישום ביו-טכנולוגי שלהם, במיוחד במיצוי מתכות ממינרלים, מה שמפחית במידה ניכרת את המזהמים הנוצרים בשיטות כימיות מסורתיות (שטיפה).

תהליך זה שימושי במיוחד בכריית נחושת, שם, למשל, Thobacillus sulfolobus יכול לפעול כזרז ולהאיץ את קצב החמצון של נחושת גופרתית שנוצרת במהלך חמצון, ועוזרת להמיסת המתכת.

תעשיית המזון

אורגניזמים חומציים הם בעלי אנזימים בעלי עניין תעשייתי, הם מהווים מקור לאנזימים יציבים בחומציות עם יישומים כחומרי סיכה.

בנוסף, בתעשיית המזון משתמשים בייצור אמילאזים וגלוקואמילאזים לעיבוד עמילן, המאפייה, עיבוד מיצי פרי.

בנוסף, הם נמצאים בשימוש נרחב בייצור פרוטאזות ותאיות המשמשות כמרכיבי מזון לבעלי חיים וייצור מוצרים תרופתיים.

הפניות

1. Baker-Austin C, Dopson M. חיים בחומצה: הומאוסטזיס של pH בחומציות. מגמות מיקרוביול. 2007; 15 (4): 165-71.
2. אדוארדס ק.ג ', בונד PL, ג'ינגרינג TM, בנפילד ג'יי.פי. Acidophile קיצוני מחומצן ברזל Arqueal חשוב בניקוז חומצה. מַדָע. 2000; 287: 1796-1799.
3. Horikoshi K. Alkaliphiles: יישומים מסוימים של מוצריהם לביוטכנולוגיה. ביקורות על מיקרוביולוגיה וביולוגיה מולקולרית. 1999; 63: 735-750.
4. Kar NS, Dasgupta AK. התפקיד האפשרי של מטען פני השטח בארגון הממברנה באסידופיל, הודי. כתב העת לביוכימיה וביו-פיזיקה. תשע עשרה תשעים ושש; 33: 398-402.
5. Macalady JL, Vestling MM, Baumler D, Boekelheide N, Kaspar CW, Banfield JF. חד-שכבתי ממברנות צמודות-טרה-טרה ב- Ferroplasma spp: מפתח להישרדות בחומצה. אקסטרמופילים. 2004; 8: 411-419
6. מדיגן MT, Martinko JM, Parker J. 2003. גיוון פרוקריוטי: Archea. בתוך: מדיגן MT, Martinko JM, Parker J. (עורכים). ברוק מיקרוביולוגיה של מיקרואורגניזמים. מהדורה עשר. אדון פירסון-פרנטיס הול, מדריד, עמ '741-766.
7. שלפר C, Pühler G, Kühlmorgen B, Zillig W. חיים ב- pH נמוך במיוחד. טֶבַע. אלף תשע מאות תשעים וחמש; 375: 741-742.
8. Wiegel J, Keubrin UV. אלקליטרופילים. עסקאות בחברה ביוכימית. 2004; 32: 193-198.