Какими функциональными способностями обладают цианобактерии?

Цианобактерий раньше называли синезелеными водорослями. Это название широко используется и в настоящее время, особенно в ботанической литературе, где они рассматриваются как таксон высокого ранга - Отдел или Тип в системе низших растений. Впрочем, еще в прошлом веке и в начале нашего столетия некоторые ученые обращали внимание на несомненное сходство синезеленых водорослей и бактерий. Одним из значительнейших достижений биологии второй половины двадцатого столетия является установление того факта, что все живые организмы, имеющие клеточное строение, могут быть разделены на две четко различающиеся группы (надцарства) в соответствии с особенностями организации их клеток: прокариоты - безъядерные клетки (более древние и примитивные) и эукариоты, клетки которых устроены более сложно. Прокариотическая клетка лишена органелл, то есть хлоропластов и митохондрий, лишена окруженного оболочкой ядра, вообще дифференцированных внутриклеточных мембранных систем, вакуолей, лишена цитоскелета и митотического аппарата, ее хромосома устроена проще хромосом эукариот. К прокариотам относят бактерий и архей.

Синезеленые водоросли по характеру их клеточной организации вполне соответствуют грамотрицательным бактериям и представляют самостоятельную ветвь их эволюции, для цианобактерий характерна высокая морфологическая сложность и способность к осуществлению фотосинтеза с выделением молекулярного кислорода. Таким образом, термин " цианобактерии" вполне оправдан. Хотя цианобактерии с точки зрения формальной систематики не могут рассматриваться в качестве таксона высокого ранга, в эволюции жизни на Земле они сыграли особую роль, большое значение они имеют и в функционировании современной биосферы. Описано более 1500 видов синезеленых водорослей, среди них есть формы одноклеточные, размножающиеся делением, почкованием (рис. 1а) или дроблением клетки на ряд дочерних клеток (рис. 1в), формы колониальные и формы нитчатые (рис. 1г). Нити могут быть простые или ветвящиеся. Размеры клеток значительно варьируют: их диаметр у некоторых видов может составлять доли микрометра, тогда как у других - десятки микрометров. Колонии цианобактерий или дерновинки, образованные нитчатыми формами, могут быть макроскопических размеров. Отдельные клетки или нити у некоторых цианобактерий способны ползать по плотному субстрату.

Клетка цианобактерии - типичная прокариотическая клетка. Она окружена клеточной стенкой грамотрицательного типа, то есть между двумя мембранами - плазмалеммой и внешней мембраной - находится слой плотного полимера (рис. 1д). Клеточные органеллы и ядро отсутствуют, нити ДНК расположены ближе к центру клетки в участках, выглядящих светлыми на срезах клеток (рис. 2). Фотосинтетический аппарат представлен сдвоенными мембранами (рис. 2), их называют тилакоидами. Количество тилакоидов и характер их расположения в клетке различны у разных видов. На поверхности тилакоидов расположены фикобилисомы - структуры, улавливающие фотоны и передающие их реакционным центрам фотосинтетического аппарата. Клетка содержит также полиэдральные тела или карбоксисомы (рис. 2), образованные молекулами ключевого фермента фотосинтеза рибулезодифосфаткарбоксилазы. В клетках цианобактерий, живущих в воде в планктоне, обычно присутствуют газовые везикулы. Они выглядят как шестигранники на поперечном срезе (рис. 1д), а на продольном имеют вид ромба. Газовые везикулы образуют более или менее крупные скопления (рис. 1д), в световом микроскопе они выглядят как светлые сверкающие зерна (рис. 1г). Газовые везикулы содержат газ и придают клеткам лучшую плавучесть. Следует отметить, что газовые везикулы обнаруживаются только у прокариот.

Цианобактерии - фототрофные прокариоты, использующие для своей жизнедеятельности энергию света, причем они осуществляют оксигенный фотосинтез, то есть синтезируют органическое вещество из углекислого газа и воды, при этом освобождается молекулярный кислород. Это единственные прокариоты, способные к оксигенному фотосинтезу. Цианобактерии содержат хлорофилл a растительного типа и водорастворимые фикобилиновые пигменты: голубые - фикоцианины и красные - фикоэритрины. Эти пигменты находятся в фикобилисомах.

Большинство цианобактерий - облигатные фототрофы, неспособные к жизни в темноте за счет органического субстрата, хотя есть и исключения. Среди цианобактерий много форм, способных к азотфиксации. Под азотфиксацией понимают возможность использования организмом молекулярного азота, который содержится в огромном количестве в атмосфере. Почему-то никакие эукариоты не обладают способностью к азотфиксации, это привилегия некоторых прокариот. Азотфиксация связана с активностью ферментного комплекса нитрогеназы. При этом происходит восстановление азота до аммиака, затем образуются азотсодержащие органические молекулы. Это сугубо восстановительный процесс, в присутствии молекулярного кислорода нитрогеназа инактивируется. Между тем, цианобактерии живут в присутствии молекулярного кислорода, более того, они его образуют. Поэтому формы цианобактерий, способные к азотфиксации, должны как-то защитить свой фермент от кислорода. Некоторые виды решают эту проблему таким образом, что фиксация азота у них происходит при отсутствии фотосинтеза, в ночное время, или существует эндогенный ритм чередования фотосинтеза и азотфиксации. Так обстоит дело, например, у морской планктонной цианобактерии Trichodesmium, массы которой населяют теплые моря и океаны и фиксация азота которой имеет огромное значение для жизни океана. У других цианобактерий азотфиксация происходит в специализированных клетках - гетероцистах. Гетероцисты обладают дополнительными слоями оболочки, защищающими их от проникновения кислорода извне. В гетероцистах не идет процесс фотосинтеза с образованием кислорода, зато активно идет процесс азотфиксации. Образующиеся соединения связанного азота передаются соседним вегетативным клеткам через микроплазмодесмы, а от них поступает органический субстрат, необходимый для фиксации азота. Гетероцисты обычно неспособны к росту и делению и со временем отмирают, их единственная функция - фиксация азота. Таким образом, это единственный пример прокариотического многоклеточного организма, так как происходит разделение функций между разными клетками. Это тоже уникальная особенность цианобактерий.

К сожалению, довольно многочисленные цианобактерии образуют токсины, губительные для животных и человека. Это представители родов Microcystis, Anabaena, Nodularia, Nostoc, Aphanizomenon, Oscillatoria и др. Способность к образованию яда не видовой признак, а свойство штамма или клона, то есть здесь наблюдаются внутривидовые различия. Яды образуют главным образом планктонные формы. Токсины бывают двух типов - нейротоксины или гепатотоксины. Первые представляют собой алкалоиды, действующие на нервную систему. Цианобактерии, образующие нейротоксины, встречаются относительно редко. Гепатотоксины - это циклические гепто- или пентапептиды (то есть короткие цепи белковой природы, составленные пятью или шестью аминокислотами), содержащие необычные аминокислоты. К настоящему времени описано множество разновидностей таких пептидов, различающихся структурой и степенью токсичности. Гепатотоксин, попавший в организм животного, вызывает разрушение печени, и через несколько часов наступает смерть. Низкие дозы яда вызывают развитие рака. Случаи гибели людей от гепатотоксинов цианобактерий в литературе не описаны, но представляется совершенно очевидным, что некоторые люди, умершие от рака печени, убиты цианобактериями. Токсины находятся в клетках цианобактерий и только после их разрушения выходят в воду. Они весьма устойчивы и не разрушаются при хлорировании воды, токсины сохраняются и в сухих клетках. Если вы вынуждены иметь дело с водой, содержащей взвесь цианобактерий, лучше не контактировать с такой водой, особенно нужно избегать попадания воды в глаза. Для питья необходимо использовать только отфильтрованную и тщательно прокипяченную воду. При кипячении яды разрушаются.

Азотфиксирующие представители родов Nostoc и Anabaena могут быть симбионтами некоторых мхов, имеющих на листьях наполненные слизью полости, в которые цианобактерии проникают и там поселяются. Известен единственный случай симбиоза цианобактерий с папоротником - это тропический папоротник Azolla и цианобактерия Anabaena, которая поселяется в специальных полостях на листьях папоротника и за счет азотфиксации может обеспечить азотом как свое развитие, так и рост папоротника. Цианобактерии из родов Nostoc или Anabaena образуют клубеньки на корнях некоторых цикадовых, причем клубеньки образуются только около поверхности земли, так что цианобактерии могут осуществлять фотосинтез. Nostoc образует клубеньки на листьях или стеблях некоторых видов Gunnera - покрытосеменного растения, обитающего в южном полушарии. В данном случае развитие цианобактерий происходит внутри клеток растения-хозяина.

2. Какой вид дрожжей нашел наиболее применение в биотехнологических процессах?
Дрожжи (yeast) - внетаксономическая группа одноклеточных грибов, утративших мицелиальное строение в связи с переходом к обитанию в жидких и полужидких богатых органическим веществом субстратах; объединяет около 1500 видов, относящихся к аскомицетам ибазидиомицетам.

Дрожжи размножаются почкованием, реже - спорами или простым делением клетки; у некоторых видов установлен половой процесс. В анаэробных условиях дрожжи могут использовать в качестве источника энергии только углеводы, причем в основном гексозы и построенные на их основе олигосахариды. Практическое использование в биотехнологических процессах получили в основном истинные (спорообразующие) дрожжи, размножающиеся половым способом (напр., сахаромицеты), которые обычно не патогенны для человека. Так, пекарские и пивные дрожжи (Saccharomyces cerevisiae) широко используют для хлебопечения и пивоварения, Kluyveromyces fragilis осуществляет сбраживание лактозы, Saccharomycopsis lipolytica деградирует углеводороды и используется для получения белковой массы. Находят применение и некоторыедейтеромицеты (несовершенные грибы): Candida utilis растет в сульфитных сточных водах (отходы бумажной промышленности); Trichosporon cutaneum, окисляющий многочисленные органические соединения, включая некоторые токсичные (напр., фенол), играет важную роль в системах аэробной переработки стоков; Trichosporon cutaneum синтезирует астаксантин - каротиноид, который придает мякоти форели и лосося, выращиваемых на фермах, характерный оранжевый или розоватый цвет.

Промышленные дрожжи обычно не размножаются половым путем, не образуют спор и полиплоидны. Последним объясняется их сила и способность быстро адаптироваться к изменениям среды культивирования.

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. АНТРАГЛИКОЗИДЫ, КАК ПРАВИЛО, ОБЛАДАЮТ ВЫРАЖЕННЫМИ ФАРМАКОЛОГИЧЕСКИМИ СВОЙСТВАМИ
2. Вам нужно лишь признать это, избавиться от заблуждений относительно себя, и стать такими, какими вы изначально задуманы Богом.
3. З. Какими правилами должен руководствоваться человек, везущий ручную тележку?
4. Какими бы ни были наши близкие, они всегда наши близкие, они всегда хотят видеть нас счастливыми.
5. Какими бывают займы и кредиты
6. Какими клиническими проявлениями характеризуется фасциолёз?
7. Какими клиническими проявлениями характеризуется цистицеркоз?
8. Какими методами воспользуется педагог, чтобы выяснить это?
9. Какими нормативными правовыми актами должны руководствоваться работники отделений почтовой и телеграфной связи при пересылке, доставке (вручении), хранении и возврате судебных извещений?
10. Какими художниками вдохновлялся Форд, рисуя иллюстрации в дневниках?
11. Но псевдогены GLO найдены и у морских свинок, и у людей. При этом вид мутаций, сделавший их нефункциональными, типичен для наследственных заболеваний.