- ลักษณะทั่วไป
- การแข่งขันการปล้นสะดมการรวมกลุ่มกันและการทำงานร่วมกัน
- อิจฉาริษยาเป็นปัญหาที่ต้องแก้
- ความไม่ซึมผ่านของเมมเบรนสูง
- ความสำคัญของ
- กฎระเบียบในสิ่งมีชีวิตที่เป็นกรด
- ตัวอย่างจุลินทรีย์ที่เป็นกรด
- การประยุกต์ใช้งาน
- การรั่วไหล
- อุตสาหกรรมอาหาร
- อ้างอิง
acidophilicชีวิตเป็นประเภทของจุลินทรีย์ (prokaryotic หรือ eukaryotic) ความสามารถในการทำซ้ำและการใช้ชีวิตในสภาพแวดล้อมที่มีค่าพีเอชน้อยกว่า 3 ในความเป็นจริงที่ acidophilus คำมาจากภาษากรีกและหมายถึง "คนรักของกรด"
สภาพแวดล้อมเหล่านี้อาจมาจากกิจกรรมของภูเขาไฟที่มีการปลดปล่อยก๊าซกำมะถันหรือส่วนผสมของออกไซด์ของโลหะจากเหมืองเหล็ก นอกจากนี้ยังสามารถเป็นผลผลิตจากกิจกรรมหรือเมแทบอลิซึมของสิ่งมีชีวิตเองซึ่งทำให้สภาพแวดล้อมเป็นกรดเพื่อให้อยู่รอดได้
น้ำที่เป็นกรดของ Rio Tinto ทำหน้าที่เป็นที่อยู่อาศัยของจุลินทรีย์ที่มีกรดฟิลหลายชนิดซึ่งให้สีที่มีลักษณะเฉพาะ โดย Antonio de Mijas ประเทศสเปนจาก Wikimedia Commons
สิ่งมีชีวิตที่จัดอยู่ในประเภทนี้ยังอยู่ในกลุ่มสิ่งมีชีวิต Extremophilic กลุ่มใหญ่เนื่องจากพวกมันเติบโตในสภาพแวดล้อมที่มีค่า pH เป็นกรดมาก โดยที่เซลล์ส่วนใหญ่ไม่สามารถดำรงอยู่ได้
นอกจากนี้สิ่งสำคัญคือต้องเน้นว่าสิ่งมีชีวิตกลุ่มนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งจากมุมมองทางนิเวศวิทยาและเศรษฐกิจ
ลักษณะทั่วไป
การแข่งขันการปล้นสะดมการรวมกลุ่มกันและการทำงานร่วมกัน
สิ่งมีชีวิตที่เป็นกรดส่วนใหญ่เติบโตและอาศัยอยู่ในที่ที่มีออกซิเจน อย่างไรก็ตามมีหลักฐานของ acidophilus ที่สามารถพัฒนาได้ทั้งในกรณีที่ไม่มีและในที่ที่มีออกซิเจน
นอกจากนี้สิ่งมีชีวิตเหล่านี้ยังสร้างปฏิสัมพันธ์ประเภทต่างๆกับสิ่งมีชีวิตอื่น ๆ เช่นการแข่งขันการปล้นสะดมการรวมกันและการทำงานร่วมกัน ตัวอย่างเช่นวัฒนธรรมผสมของ acidophilus ซึ่งมีการเจริญเติบโตและประสิทธิภาพในการออกซิเดชั่นของแร่ธาตุกำมะถันสูงกว่าแต่ละวัฒนธรรม
อิจฉาริษยาเป็นปัญหาที่ต้องแก้
Acidophiles ดูเหมือนจะมีลักษณะโครงสร้างและการทำงานที่โดดเด่นซึ่งช่วยให้สามารถปรับสภาพความเป็นกรดให้เป็นกลางได้ สิ่งเหล่านี้รวมถึงเยื่อหุ้มเซลล์ที่ผ่านไม่ได้สูงความสามารถในการควบคุมภายในที่สูงและระบบการขนส่งที่เป็นเอกลักษณ์
เนื่องจาก acidophiles อาศัยอยู่ในสภาพแวดล้อมที่มีความเข้มข้นของโปรตอนสูงจึงได้พัฒนาระบบปั๊มที่รับผิดชอบในการขับไล่โปรตอนออกสู่ภายนอก กลยุทธ์นี้ทำให้แบคทีเรียภายในมีค่า pH ใกล้เคียงกับเป็นกลางมาก
สิ่งมีชีวิตที่เป็นกรดได้พัฒนาระบบของปั๊มโปรตอนที่ช่วยให้ปั๊มโปรตอนออกไปด้านนอกและรักษา pH ในเซลล์ให้ใกล้เคียงกับเป็นกลาง โดย PhilMacD จาก Wikimedia Commons
อย่างไรก็ตามในเหมืองที่มีกรดซัลฟิวริกสูงพบว่าจุลินทรีย์ที่ไม่มีผนังเซลล์แสดงให้เห็นว่าแม้จะไม่มีการป้องกันก็ตามพวกมันก็ต้องได้รับโปรตอนที่มีความเข้มข้นสูง
ในทางกลับกันเนื่องจากสภาวะที่รุนแรงซึ่งจุลินทรีย์ประเภทนี้ต้องอยู่ภายใต้การควบคุมพวกเขาต้องรับประกันว่าโปรตีนทั้งหมดของพวกมันทำงานได้และไม่ถูกทำให้เสียสภาพ
ด้วยเหตุนี้โปรตีนที่สังเคราะห์ขึ้นจึงมีน้ำหนักโมเลกุลสูงดังนั้นจึงมีพันธะระหว่างกรดอะมิโนที่ประกอบกันเป็นจำนวนมากขึ้น ด้วยวิธีนี้จะทำให้เกิดการแตกหักของพันธะได้ยากขึ้นและโครงสร้างโปรตีนจะมีเสถียรภาพมากขึ้น
ความไม่ซึมผ่านของเมมเบรนสูง
เมื่อโปรตอนเข้าสู่ไซโทพลาสซึมสิ่งมีชีวิตที่เป็นกรดจำเป็นต้องใช้วิธีการที่ช่วยให้สามารถบรรเทาผลกระทบของ pH ภายในที่ลดลงได้
เพื่อช่วยรักษา pH acidophiles มีเยื่อหุ้มเซลล์ที่ผ่านไม่ได้ซึ่ง จำกัด การเข้าสู่โปรตอนในไซโทพลาซึม เนื่องจากเมมเบรนของ archaea acidophiles ประกอบด้วย lipids ประเภทอื่น ๆ มากกว่าที่พบในแบคทีเรียและเยื่อหุ้มเซลล์ยูคาริโอต
ในอาร์เคียฟอสโฟลิปิดมีบริเวณที่ไม่ชอบน้ำ (isopenoid) และบริเวณขั้วซึ่งประกอบด้วยกระดูกสันหลังของกลีเซอรอลและกลุ่มฟอสเฟต ไม่ว่าในกรณีใดสหภาพแรงงานเกิดจากพันธะอีเธอร์ซึ่งสร้างความต้านทานได้มากขึ้นโดยเฉพาะที่อุณหภูมิสูง
นอกจากนี้ในบางกรณีอาร์เคียไม่มีไบลาเยอร์ แต่เป็นผลมาจากการรวมกันของโซ่ที่ไม่ชอบน้ำสองสายพวกมันก่อตัวเป็นโมโนเลเยอร์ที่โมเลกุลเพียงโมเลกุลเดียวของสองกลุ่มขั้วทำให้พวกมันมีความต้านทานมากขึ้น
ในทางกลับกันแม้ว่าฟอสโฟลิปิดที่ประกอบเป็นเยื่อหุ้มของแบคทีเรียและยูคาริโอตยังคงมีโครงสร้างเหมือนเดิม (พื้นที่ที่ไม่ชอบน้ำและขั้ว) พันธะเป็นชนิดเอสเทอร์และเป็นตัวแบ่งไขมัน
ความสำคัญของ
สิ่งมีชีวิตที่เป็นกรดมีความสำคัญในการวิวัฒนาการเนื่องจาก pH ต่ำและสภาวะที่อุดมด้วยโลหะที่พวกมันเติบโตอาจคล้ายกับสภาพภูเขาไฟใต้ทะเลในยุคแรกของโลก
ดังนั้นสิ่งมีชีวิตที่เป็นกรดอาจเป็นตัวแทนของวัตถุโบราณที่สิ่งมีชีวิตที่ซับซ้อนพัฒนาขึ้น
นอกจากนี้เนื่องจากกระบวนการเผาผลาญอาจเกิดขึ้นบนพื้นผิวของแร่ธาตุซัลไฟด์อาจเป็นไปได้ว่าโครงสร้างดีเอ็นเอของสิ่งมีชีวิตเหล่านี้อาจเกิดขึ้นที่ pH ที่เป็นกรด
กฎระเบียบในสิ่งมีชีวิตที่เป็นกรด
การควบคุมค่า pH เป็นสิ่งสำคัญสำหรับสิ่งมีชีวิตทุกชนิดด้วยเหตุนี้ acidophiles จึงจำเป็นต้องมี pH ภายในเซลล์ใกล้เคียงกับเป็นกลาง
อย่างไรก็ตามสิ่งมีชีวิตที่เป็นกรดสามารถทนต่อการไล่ระดับ pH ได้หลายลำดับขนาดเมื่อเทียบกับสิ่งมีชีวิตที่เจริญเติบโตที่ pH ใกล้เคียงกับเป็นกลางเท่านั้น ตัวอย่างคือ Thermoplasma acidophilum ซึ่งสามารถอยู่ได้ที่ pH 1.4 ในขณะที่รักษา pH ภายในไว้ที่ 6.4
สิ่งที่น่าสนใจเกี่ยวกับสิ่งมีชีวิตที่เป็นกรดคือพวกมันใช้ประโยชน์จากการไล่ระดับ pH นี้เพื่อผลิตพลังงานผ่านแรงจูงใจของโปรตอน
ตัวอย่างจุลินทรีย์ที่เป็นกรด
สิ่งมีชีวิตที่เป็นกรดมีการกระจายอย่างเด่นชัดในแบคทีเรียและอาร์เคียและมีส่วนช่วยในวัฏจักรทางชีวเคมีมากมายซึ่งรวมถึงวัฏจักรของเหล็กและกำมะถัน
ในกลุ่มแรกเรามี Ferroplasma acidarmanus ซึ่งเป็นอาชาที่สามารถเติบโตในสภาพแวดล้อมที่มี pH ใกล้เคียงกับศูนย์ โปรคาริโอตอื่น ๆ ได้แก่ Picrophilus oshimae และ Picrophilus torridus ซึ่งมีความร้อนและเติบโตในหลุมอุกกาบาตภูเขาไฟของญี่ปุ่น
นอกจากนี้เรายังมียูคาริโอตที่เป็นกรดเช่น Cyanidyum caldariuym ซึ่งมีความสามารถในการดำรงชีวิตที่ pH ใกล้ศูนย์ทำให้ภายในเซลล์อยู่ในระดับเกือบเป็นกลาง
Acontium Cylatium, Cephalosporium sp. และ Trichosporon cerebriae เป็นยูคาริโอตสามชนิดจากอาณาจักรเชื้อรา อื่น ๆ ที่น่าสนใจไม่แพ้กัน ได้แก่ Picrophilus oshimae และ Picrophilus torridus
การประยุกต์ใช้งาน
การรั่วไหล
บทบาทที่สำคัญของจุลินทรีย์ที่เป็นกรดคือการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีชีวภาพโดยเฉพาะในการสกัดโลหะจากแร่ธาตุซึ่งช่วยลดสิ่งปนเปื้อนที่เกิดจากวิธีการทางเคมีแบบดั้งเดิม (การชะล้าง) ได้มาก
กระบวนการนี้มีประโยชน์อย่างยิ่งในการขุดทองแดงโดยที่โธบาซิลลัสซัลโฟโลบัสสามารถทำหน้าที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาและเร่งอัตราการเกิดออกซิเดชั่นของคอปเปอร์ซัลเฟตที่ก่อตัวขึ้นระหว่างการเกิดออกซิเดชันช่วยในการละลายของโลหะ
อุตสาหกรรมอาหาร
สิ่งมีชีวิตที่เป็นกรดมีเอนไซม์ที่น่าสนใจในอุตสาหกรรมซึ่งเป็นแหล่งของเอนไซม์ที่มีความเสถียรของกรดโดยใช้เป็นสารหล่อลื่น
นอกจากนี้ในอุตสาหกรรมอาหารยังใช้การผลิตอะไมเลสและกลูโคอะไมเลสสำหรับการแปรรูปแป้งเบเกอรี่การแปรรูปน้ำผลไม้
นอกจากนี้ยังใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตโปรตีเอสและเซลลูเลสที่ใช้เป็นส่วนประกอบอาหารสัตว์และในการผลิตผลิตภัณฑ์ยา
อ้างอิง
- Baker-Austin C, Dopson M. Life in acid: pH homeostasis in acidophiles. เทรนด์ Microbiol 2007 15 (4): 165-71.
- Edwards KJ, Bond PL, Gihring TM, Banfield JF Arqueal Iron-Oxidizing Extreme Acidophile มีความสำคัญในการระบายน้ำในเหมืองกรด วิทยาศาสตร์. 2000 287: 1796-1799
- Horikoshi K. Alkaliphiles: การประยุกต์ใช้ผลิตภัณฑ์บางอย่างสำหรับเทคโนโลยีชีวภาพ ความคิดเห็นทางจุลชีววิทยาและอณูชีววิทยา. 1999; 63: 735-750
- Kar NS, Dasgupta AK. บทบาทที่เป็นไปได้ของประจุพื้นผิวในองค์กรเมมเบรนในอินเดียที่เป็นกรด วารสารชีวเคมีและชีวฟิสิกส์. สิบเก้าเก้าสิบหก; 33: 398-402
- Macalady JL, Vestling MM, Baumler D, Boekelheide N, Kaspar CW, Banfield JF monolayers เมมเบรนที่เชื่อมโยงกับ Tetraether ใน Ferroplasma spp: กุญแจสำคัญในการอยู่รอดในกรด extremophiles 2004; 8: 411-419
- Madigan MT, Martinko JM, Parker J. 2003. ความหลากหลายของ Prokaryotic: Archea ใน: Madigan MT, Martinko JM, Parker J. (eds) จุลชีววิทยาของจุลินทรีย์โบรก. สิบฉบับ. Ed. Pearson-Prentice Hall, Madrid, หน้า 741-766
- Schleper C, Pühler G, Kühlmorgen B, Zillig W. ชีวิตที่ pH ต่ำมาก ธรรมชาติ. 1995; 375: 741-742
- Wiegel J, Keubrin UV. Alkalitermophiles ธุรกรรมของสมาคมชีวเคมี 2004; 32: 193-198