Informácie

Ako sa vyvinul extracelulárny transport elektrónov?

Ako sa vyvinul extracelulárny transport elektrónov?


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.

Podľa on-line článku na Smithosonian.com „Niektoré mikróby môžu jesť a dýchať elektrinu“. To čiastočne odkazuje na skutočnosť, že Shewanella využiť extracelulárny prenos elektrónov. Znamená takýto odlišný metabolický proces samostatný pôvod pre tento typ života, alebo ak nie, ako sa mohol vyvinúť?


Veľmi zaujímavé, ako dokážu novinári z vedeckých dôkazov urobiť niečo chytľavé. Česť tomu!

vraj "jesť" elektrinu

Baktérie nežerú elektrinu. Elektrina vo svojej najzákladnejšej forme je tok náboja (v tomto prípade iónov) z vyššieho gradientu (koncentrácia) do nižšieho gradientu (koncentrácia).

Takže tieto baktérie využívajú tento tok náboja v rámci svojich biologických procesov, čo im umožňuje prežiť a množiť sa.

ak tieto exotické baktérie skutočne pochádzajú z inej genézy alebo sú len príkladom toho, ako rôznorodý môže byť život na Zemi, ak dostane šancu?

Tieto baktérie nie sú jediné, ktoré využívajú elektrochemické gradienty na napájanie svojich biologických procesov. Eukaryotické bunky obsahujú organelu nazývanú mitochondrie. Nebudem zachádzať do detailov, to si môžete prečítať tu, ale eukaryotický život vznikol ako dôsledok udalosti endosymbiózy, kde si dva organizmy vytvorili symbiotický vzťah a zrodili sa mitochondrie, keď organizmus A pohltil organizmus B. Mitochondrie, nazývané aj tzv. elektráreň bunky, obsahuje svoju vlastnú DNA, ktorá je veľmi nepodobná jadrovej DNA, čo mnohých ľudí vedie k presvedčeniu, že pôvodne pochádzali z integračnej udalosti medzi dvoma rôznymi organizmami. Mitochondrie fungujú prostredníctvom ETC a poskytujú bunke energiu.

To je dominantná úloha pre mitochondrie a tiež spracováva elektrochemický gradient. Takže nie, odpoveď je nie, tieto exotické baktérie nepochádzajú zo samostatnej generácie, ale skôr z príkladu toho, ako môže byť život na Zemi rozmanitý. Verte mi, že sú ešte čudnejšie veci, ktoré príroda vymyslela, ako baktérie spracúvajúce ióny ťažkých kovov vo svojich biologických procesoch.

Ako uviedol David, možno som vytvoril koreláciu tam, kde žiadna nebola. Ospravedlňujem sa za to. Aby som vám ukázal správnu cestu,

Shewanella patrí do triedy baktérií nazývaných disimilačné baktérie redukujúce kovy, ktoré sa vyznačujú schopnosťou spájať redukciu kovov s metabolizmom. Ak sa pozriete na odkaz, zistíte, že Shewanella obsahuje aj veľmi vysokú koncentráciu sigma faktorov. ; faktory, ktoré sú spojené s poskytovaním transkripčnej robustnosti pri environmentálnom strese.

Prichádzame k ich pôvodu, o ktorom sa tu diskutuje. Tu by som vás nasmeroval na MRSA, analogická otázka tu znie, či sa z ničoho nič narodil Staphylococcus aureus rezistentný na meticilín? Odpoveď na túto otázku je nie, súvisí to s nadmerným užívaním antibiotík. Tu je odkaz z NIH, ktorý vám poskytne stručnú históriu pôvodu MRSA.

V zásade sa tu dá zovšeobecniť rovnaký koncept, ak populáciu (v tomto prípade Shewanellu) vystavíte stresu (ióny ťažkých kovov), veľké množstvo populácie vymrie, ale menšia podskupina si vytvorí odolnosť voči stresu. .

Upozorňujeme, že tento myšlienkový smer obsahuje dve možnosti, prvou je, že si jednotlivci vyvinuli rezistenciu pomocou mutácií vo svojej DNA, čo im umožnilo výhodu prežitia oproti populácii, populárnym príkladom je prítomnosť mutácie Delta32 v CCR5. gén, ktorý robí podskupinu ľudí odolnou voči infekcii HIV (AIDS). Stalo sa to v reakcii na epidémiu HIV, ktorej svet čelil na konci 20. storočia? Nie, toto sa s najväčšou pravdepodobnosťou stalo oveľa skôr (u ľudí sa mutácia musí presunúť do zárodočnej línie, aby sa šírila medzi generáciami) a vyšlo to najavo až potom, čo sa do výskumu HIV investovalo značné množstvo zdrojov. To znamená, že mutant bol prítomný už počas diagnostiky, ale selektívne výhody vyšli najavo až po tom, čo čelili stresovej reakcii. Preto sa MRSA mohla vyvinúť z existujúcej podskupiny Staph od začiatku liečby antibiotikami v 40. rokoch 20. storočia (vezmite do úvahy, že replikácia baktérií je rýchlejšia ako ľudská, preto čas plynie rýchlejšie a neexistuje žiadna koncepcia zárodočných a somatických mutácií pri štiepení baktérií). Je však tiež celkom možné, že MRSA existovala už predtým a že pokračujúca liečba antibiotikami viedla k vzniku rovnakej podskupiny.

Takže nie, odpoveď znie nie, tieto exotické baktérie nevznikli zo samostatnej genézy, ale skôr príkladom toho, ako rôznorodý môže byť život na Zemi. Verte mi, že sú ešte čudnejšie veci, ktoré príroda vymyslela, ako baktérie spracúvajúce ióny ťažkých kovov vo svojich biologických procesoch.

Prítomnosť sigma faktora už hovorí, že zdieľajú rovnakú genézu ako všetky ostatné existujúce mikroorganizmy na Zemi a ako sa vyvinuli, aby získali výhodu prežitia v prostrediach s vysokou koncentráciou iónov ťažkých kovov, čo súvisí s reakciou na stres. populácie uvedenej vyššie.


Dodatok: Nekvalitný článok, ktorý vyvolal túto otázku, sa týka dvoch úplne odlišných baktérií (hoci by vám bolo odpustené, že to neviete)

Článok sa týka hlavne Shewanella, čo je jedna z množstva známych baktérií, ktoré dokážu využiť kovové ióny ako terminálne akceptory elektrónov pre elektrónový transportný reťazec: t.j. darujú elektróny kovu.

Autori však pracovali aj na úplne iných - a tiež dobre známych - baktériách nazývaných chemlithotrofy, ktoré získavajú elektróny, ktoré môžu použiť ako zdroj redukčnej energie (analogicky ako elektróny zo svetelnej energie).

Shewanella

Otázka či Shewanella má samostatný pôvod sa dá ľahko vyriešiť fylogeneticky podobnosťou s inými baktériami na základe jeho DNA a jeho repertoáru proteínov, vrátane tých, ktoré sa podieľajú na tvorbe energie a prenose elektrónov.

Takže nie, Shewanella oneidensis MR1 je len jednou z niekoľkých baktérií, ktoré pri svojom dýchaní využívajú iné konečné elektrónové akceptory ako kyslík.

Zdá sa však, že dochádza k nedorozumeniu o úlohe extracelulárneho transportu elektrónov pri poskytovaní energie pre organizmus - ľudia sa zdajú byť skôr šokovaní elektrickým prúdom - dovoľte mi preto objasniť situáciu.

Prvotným zdrojom „energie“ je redukcia uhlíkových metabolitov

Metabolizmus Shewanella skontroloval Fredrickson a kol. Rovnako ako ostatné baktérie sa môže pestovať na uhlíkových zlúčeninách, ktoré vedú k medziproduktom, ktoré sú oxidované NAD+ - napr. v cykle trikarboxylových kyselín – výsledkom je NADH. (Ignorujem FAD/FADH2 pre jednoduchosť.) Ide o prenos dvoch elektrónov (druhý je do H+) - ako si pamätáme z chémie, oxidácia je odstraňovanie elektrónov. Dá sa predpokladať, že „NADH“ predstavuje NADH, pokiaľ reakcia jeho reoxidácie vhodným akceptorom elektrónov môže viesť k veľkému poklesu Gibbsovej voľnej energie (pozri napr. a kol. 18.2).

Elektrónový transportný reťazec umožňuje voľným energetickým zmenám produkovať ATP

Rovnako ako pri aeróbnych baktériách ako napr Escherichia colivšetka potenciálna voľná energia oxidácie NADH sa neuvoľňuje v jednom kroku, ale v sérii krokov s menšími zmenami voľnej energie. Niektoré z nich vedú k extrúzii vodíkových iónov do medzimembránového priestoru, čím vzniká elektrochemický gradient, ktorý poháňa produkciu ATP prostredníctvom transmembránovej ATP syntázy pri oxidatívnej fosforylácii. (Stále ide o oxidačnú fosforyláciu, aj keď nie je zapojený kyslík.) Zložky transportného reťazca elektrónov sa čiastočne líšia od štandardného reťazca uvedeného v učebniciach pre baktérie s iným konečným akceptorom elektrónov (viď napr. recenzia od Haddocka a Jonesa). Je však dôležité si uvedomiť, že práve tu vzniká ATP Shewanella, predtým elektróny sa dostanú na povrch bunky a majú akúkoľvek účasť v extracelulárnom priestore.

Úloha extracelulárneho oxidu kovu je ako konečný akceptor elektrónov

Aby sa dokončili sekvenčné udalosti z reoxidácie NADH, musia byť dva elektróny nakoniec prenesené do nejakého externého oxidačného činidla. Pre E.coli je to molekulárny kyslík s cytochrómoxidázou katalyzujúcou jeho premenu na vodu. Iné baktérie používajú iné akceptory elektrónov, niektoré používajú napríklad síran (ktorý sa redukuje na siričitan), hoci zmeny voľnej energie týchto reakcií nebudú rovnaké ako pri kyslíku. V prípade Shewanella konečným akceptorom elektrónov je zvyčajne Mn(IV), ktorý sa redukuje na Mn(III), alebo Fe(III), ktorý sa redukuje na Fe(II), hoci sú známe aj iné kovové akceptory elektrónov (viď napr. Hartshorn a kol. 2009).

A čo elektrina?

V čom je jednoznačne iný Shewanella je, že akceptor elektrónu z pevného oxidu kovu je extracelulárny, a preto nie je v kontakte s donormi elektrónov multi-cytochrómu v bakteriálnej vonkajšej membráne, na rozdiel od difúznych iónov kyslíka alebo síranu. Okrem toho nie je zapojený žiadny enzým. Preto namiesto toho, aby sa elektróny prenášali v reakcii na aktívnom mieste enzýmu, prúdia cez extracelulárne prostredie ako elektrický prúd. Elektrochémia toho môže byť zaujímavá, ale je jasné, že to nedodáva baktérii žiadnu energiu, čo je určite nie „jesť“ – alebo akýmkoľvek iným spôsobom využívať – elektrinu.

A evolúcia?

Shewanella je určite odlišný a musel vyvinúť nové komponenty a transportéry elektrónov, aby sa tieto komponenty dostali na vonkajšiu membránu (viď diagram nižšie). Ale baktérie s inými akceptormi elektrónov si museli vyvinúť podobne nové redoxné zložky (Alberts a kol. diskutujte o tom v Molekulárna biológia bunky). Kedykoľvek baktérie prevzali nové (a často neperspektívne) miesto, vyvinuli sa nové enzýmy alebo proteíny, ktoré im to umožnili. A elektrina rozhodne nie je prírode cudzia, rovnako ako interakcia baktérií s ich vonkajším prostredím.

Multihemové cytochrómy vo vonkajšej membráne Shewanella a redukcia extracelulárneho Fe(III): Fredrickson et al. 2008.

Chemlithotrofy: niečo úplne iné

Pôvodný článok v skutočnosti hovorí o dvoch typoch baktérií. Prvým je Shewanella, ktorý je dobre preštudovaný a pre ktorý je nižšie uvedený citát úplne v súlade s mojou odpoveďou vyššie

Shewanella spotrebováva elektróny zo sacharidov, ale uvoľňuje ich nezvyčajným spôsobom: "Pripláva k oxidu kovu a dýcha ho." hovorí Nealson.

Názov článku však vychádza z nasledujúcej upútavky:

Jedna z Nealsonových postgraduálnych študentov, Annette Rowe, našla šesť nových bakteriálnych kmeňov vyhrabaných z dna oceánu, ktoré vôbec nepotrebujú zdroj uhlíka, uvádza Powell. Môžu žiť iba z elektriny.

Teraz je jasný nezmysel, že čokoľvek môže žiť - v zmysle rásť - bez zdroja uhlíka (a iných prvkov), ktorý by zásoboval štrukturálne zložky, ktoré tvoria organizmus, ale ukazuje sa, že je to už dávno známe. že určité mikroorganizmy dokážu oxidovať kovy – teda na rozdiel od Shewanella získavať elektróny z kovov namiesto ich darovania kovovým iónom. Tieto sú známe ako chemlithotrofy a často získavajú svoj uhlík z oxidu uhličitého a zvyčajne používajú molekulárny kyslík ako konečný akceptor elektrónov. Enzýmové detaily tohto procesu sa medzi chemlithotrofmi očividne líšia a odmietanie tejto otázky vo mne vyvoláva neochotu investovať čas do skúmania a následnej prezentácie detailov metabolizmu.

Najnovší článok, ktorý môžem nájsť od Rowea a Nealsona, publikovaný v Frontiers in Microbiology 2015, objasňuje, že študujú litotrofy a nové je, že nahrádzajú kovy elektródami ako donory elektrónov, čiastočne s cieľom nájsť nové litotrofy, ktoré môžu využívať rôzne redoxné potenciály. Veľmi odlišné od dymu a zrkadiel zo Smithsonovho článku!


Pozri si video: XP NRG Worlds First Creators of Artificial Consciousness (Septembra 2022).


Komentáre:

  1. Raydon

    You Preuvelichivaete.

  2. Volkis

    Again, how options?

  3. Hamal

    the lovely message



Napíšte správu