호 산성 유기체 는 pH 값이 3 미만인 환경에서 번식하고 살 수있는 미생물 (원핵 또는 진핵)의 한 유형입니다. 사실 유산균이라는 용어는 그리스어에서 유래되었으며 "산 애호가"를 의미합니다.
이러한 환경은 유황 가스 방출 또는 철 광산의 금속 산화물 혼합물과 함께 화산 활동으로 인해 발생할 수 있습니다. 또한 유기체 자체의 활동 또는 신진 대사의 산물이 될 수 있으며 생존을 위해 자신의 환경을 산성화합니다.
Rio Tinto의 산성 수는 특유의 색을 띠는 다양한 산성 미생물의 서식지 역할을합니다. Wikimedia Commons에서 스페인의 Antonio de Mijas가 작성했습니다.
이 범주로 분류 된 유기체는 pH가 매우 산성 인 환경에서 자라기 때문에 극한 유기체의 큰 그룹에 속합니다. 대부분의 세포가 생존 할 수없는 곳.
또한이 유기체 그룹이 생태 학적 및 경제적 관점에서 매우 중요하다는 점을 강조하는 것이 중요합니다.
일반적 특성
경쟁, 포식, 상호주의 및 시너지
대부분의 호 산성 유기체는 산소가있는 상태에서 성장하고 산다. 그러나 산소의 부재와 존재 모두에서 발생할 수있는 유산균의 증거가 있습니다.
또한 이러한 유기체는 경쟁, 포식, 상호 작용 및 시너지와 같은 다른 유기체와 다른 유형의 상호 작용을 설정합니다. 예를 들어, 개별 배양 물보다 황 미네랄의 산화에서 더 높은 성장과 효율성을 나타내는 유산균의 혼합 배양이 있습니다.
해결해야 할 문제인 속쓰림
호 산성 물질은 산도를 중화시킬 수있는 독특한 구조적 및 기능적 특성을 공유하는 것으로 보입니다. 여기에는 높은 불 투과성 세포막, 높은 내부 규제 용량 및 고유 한 수송 시스템이 포함됩니다.
호 산성 물질은 양성자의 농도가 높은 환경에 살기 때문에 양성자를 외부로 배출하는 펌프 시스템을 개발했습니다. 이 전략은 박테리아의 내부가 중성에 매우 가까운 pH를 갖도록합니다.
호 산성 유기체는 양성자를 바깥쪽으로 펌핑하고 세포 내 pH를 중성에 가깝게 유지할 수있는 양성자 펌프 시스템을 개발했습니다. Wikimedia Commons의 PhilMacD 작성.
그러나 황산 함량이 높은 광산에서는 세포벽이없는 미생물이 발견되어 이러한 보호 기능 없이도 높은 농도의 양성자에 노출된다는 것을 나타냅니다.
반면에, 이러한 유형의 미생물이 겪는 극한 조건으로 인해 모든 단백질이 기능적이고 변성되지 않도록 보장해야합니다.
이를 위해 합성 된 단백질은 분자량이 커서 이들을 구성하는 아미노산 사이에 더 많은 결합이 존재합니다. 이런 식으로 결합이 끊어지는 것이 더 어려워지고 단백질 구조에 더 큰 안정성이 부여됩니다.
높은 막 불 투과성
양성자가 세포질에 들어가면 호 산성 유기체는 감소 된 내부 pH의 영향을 완화 할 수있는 방법을 구현해야합니다.
pH를 유지하기 위해 호 산성 물질은 양성자가 세포질로 들어가는 것을 제한하는 불 침투성 세포막을 가지고 있습니다. 이것은 유산균 고세균의 막이 박테리아 및 진핵 세포막에서 발견되는 것보다 다른 유형의 지질로 구성되어 있기 때문입니다.
고세균에서 인지질은 소수성 (이소 페 노이드) 영역과 글리세롤 골격과 인산염 그룹으로 구성된 극성 영역을 가지고 있습니다. 어쨌든이 결합은 특히 고온에서 더 큰 저항을 생성하는 에테르 결합 때문입니다.
또한 어떤 경우에는 고세균이 이중층을 갖지 않고 오히려 두 개의 소수성 사슬의 결합의 산물로 두 극성 그룹의 유일한 분자가 더 큰 저항을 제공하는 단일 층을 형성합니다.
반면, 박테리아와 진핵 생물의 막을 구성하는 인지질이 동일한 구조 (소수성 및 극성 영역)를 유지하고 있음에도 불구하고 결합은 에스테르 유형이며 지질 이중층을 형성합니다.
중요성
호 산성 유기체는 그들이 자라는 낮은 pH와 금속이 풍부한 조건이 초기 지구의 해저 화산 조건과 유사했을 수 있기 때문에 진화에서 잠재적으로 중요합니다.
따라서 호 산성 유기체는 더 복잡한 생명체가 진화 한 원시 유물을 나타낼 수 있습니다.
또한 대사 과정이 황화물 광물의 표면에서 시작되었을 수 있기 때문에 이러한 유기체의 DNA 구조가 산성 pH에서 일어날 수 있습니다.
호 산성 유기체의 규제
pH 조절은 모든 유기체에 필수적이며, 이러한 이유로 호 산성 물질은 중성에 가까운 세포 내 pH를 가져야합니다.
그러나 호 산성 유기체는 중성에 가까운 pH에서만 성장하는 유기체에 비해 몇 배 정도의 pH 구배를 견딜 수 있습니다. 예를 들어 내부 pH를 6.4로 유지하면서 pH 1.4에서 살 수있는 Thermoplasma acidophilum이 있습니다.
호 산성 유기체의 흥미로운 점은 양성자 원동력을 통해 에너지를 생성하기 위해이 pH 구배를 이용한다는 것입니다.
호 산성 미생물의 예
호 산성 유기체는 주로 박테리아와 고세균에 분포하며 철과 황 순환을 포함하는 수많은 생지 화학적 순환에 기여합니다.
첫 번째 중에는 pH가 0에 가까운 환경에서 성장할 수있는 고세균 인 Ferroplasma acidarmanus가 있습니다. 다른 원핵 생물로는 Picrophilus oshimae와 Picrophilus torridus가 있으며, 이들은 또한 호 열성이며 일본 화산 분화구에서 자랍니다.
우리는 또한 Cyanidyum caldariuym과 같은 호 산성 진핵 생물을 가지고 있는데, 이것은 0에 가까운 pH에서 살 수 있으며 세포 내부를 거의 중성 수준으로 유지할 수 있습니다.
Acontium cylatium, Cephalosporium sp. Trichosporon cerebriae는 곰팡이 왕국의 세 가지 진핵 생물입니다. 다른 흥미로운 것은 Picrophilus oshimae와 Picrophilus torridus입니다.
응용
침출
호 산성 미생물의 중요한 역할은 생명 공학적 적용, 특히 광물에서 금속을 추출하는 데 포함되며, 이는 전통적인 화학적 방법 (침출)에 의해 생성되는 오염 물질을 상당히 감소시킵니다.
이 공정은 구리 채굴에서 특히 유용합니다. 예를 들어, Thobacillus sulfolobus는 촉매 역할을하고 산화 중에 형성되는 황산구리의 산화 속도를 가속화하여 금속의 용해를 돕습니다.
음식 산업
호 산성 유기체는 윤활유로 응용되는 산 안정성 효소의 공급 원인 산업적 관심 효소를 가지고 있습니다.
또한 식품 산업에서 아밀라제 및 글루코 아밀라제의 생산은 전분 가공, 제과점, 과일 주스 가공에 사용됩니다.
또한 동물 사료 성분으로 사용되는 프로테아제 및 셀룰라아제의 생산 및 의약품 제조에 널리 사용됩니다.
참고 문헌
- Baker-Austin C, Dopson M. 산에서의 생활 : 산성 체의 pH 항상성. Trends Microbiol. 2007; 15 (4) : 165-71.
- Edwards KJ, Bond PL, Gihring TM, Banfield JF. 산성 광산 배수에 중요한 Arqueal Iron-Oxidizing Extreme Acidophile. 과학. 2000; 287 : 1796-1799.
- Horikoshi K. Alkaliphiles : 생명 공학 제품의 일부 응용. 미생물학 및 분자 생물학 검토. 1999; 63 : 735-750.
- Kar NS, Dasgupta AK. 인도인의 호 산성 세포막 조직에서 표면 전하의 가능한 역할. 생화학 및 생물 물리학 저널. 1996 년; 33 : 398-402.
- Macalady JL, Vestling MM, Baumler D, Boekelheide N, Kaspar CW, Banfield JF. Ferroplasma spp의 테트라 에테르 연결 막 단층 : 산에서 생존하는 열쇠. 극단 주의자. 2004; 8 : 411-419
- Madigan MT, Martinko JM, Parker J. 2003. 원핵 생물 다양성 : Archea. 에서 : Madigan MT, Martinko JM, Parker J. (eds). 미생물의 브록 미생물학. 10 판. Ed. Pearson-Prentice Hall, Madrid, 741-766 쪽.
- Schleper C, Pühler G, Kühlmorgen B, Zillig W. 극도로 낮은 pH에서의 생활. 자연. 1995 년; 375 : 741-742.
- Wiegel J, Keubrin UV. Alkalitermophiles. 생화학 학회 거래. 2004; 32 : 193-198.