Пигменты микроорганизмов и фотосинтез

Многие сапрофитные и некоторые патогенные микроорганизмы в процессе жизнедеятельности на твердых субстратах способны образовывать пигменты различного цвета. Образование пигментов происходит в присутствии кислорода, при пониженном освещении и температуре 20-25 °С. Их классифицируют по цвету, химическому составу (каротиноиды, пирролы, азахиноны, феназины и др.), растворимости, по способности диффундировать в окружающую среду и другим признакам.

Пигменты класса каротиноидов имеют белый, желтый, оранжевый, красный, бежевый цвет. Они обнаружены у стафилококков, сарцин, микрококков, микобактерий, коринебактерий, пурпурных бактерий, дрожжей. Пигмент феназинового класса синего цвета — пиоцианин присутствует у синегнойной бактерии. Пирролловый пигмент красного цвета — продигиозин выявлен у серратий (S. marcescens). К азахинонам принадлежит индигоидин — синий пигмент, выделяемый коринебактериями, псевдомонами, артробактерами и др. Производным индола является пигмент виоласеин, придающий сине-фиолетовую окраску колониям хромобактера. Бактериохлорофиллы встречаются у зеленых, красных несерных бактерий и др.

К классу пиразиновых пигментов относится пульхерримин, окрашивающий колонии грибов рода кандида в темно-красный цвет. Грибы обычно активно продуцируют пигменты широкой цветовой гаммы. Цвет пигмента зависит от состава питательной среды и условий культивирования. Важными элементами для образования пигментов являются азот, магний, железо, некоторые аминокислоты. Так, сибиреязвенная бацилла образует пигмент только в средах, содержащих железо. Пурпурные несерные бактерии в анаэробных условиях образует желтый пигмент, в аэробных — красный. Только на свету образуются каротиноиды у микобактерий.

Пигменты подразделяют на растворимые в воде или в жирорастворителях (спирте, ацетоне, эфире) и нерастворимые в воде и спирте. Водорастворимые (феназиновые, пиразиновые) способны диффундировать в окружающую среду (хромопарные) и окрашивают не только колонии микроорганизмов, но и питательные среды. Спирторастворимые (каротиноиды) и нерастворимые (птерины, меланины) тесно связаны с клеткой (хромофорные) и окрашивают только колонии микроорганизмов.

Пигменты локализуются во внутриклеточных выростах ЦПМ, имеющих вид трубочек или пузырьков (у пурпурных бактерий), в тилактоидах — системах элементарных мембран цитоплазмы (у цианобактерий), в фикобилисомах (гранулах, локализованных в цитоплазме на поверхности тилакоидов).

Схема строения бактериальной клетки
Схематическое изображение делящейся бактериальной клетки

Способность микроорганизмов образовывать пигменты контролируется геномом.

В жизни микроорганизмов пигменты имеют важное значение. Пигментированные клетки более устойчивы к действию солнечных, ультрафиолетовых лучей, некоторые из них способны продуцировать антибиотические вещества, участвуют в процессах бактериального фотосинтеза и фототаксиса. Цвет пигмента может быть использован в качестве диагностического признака при идентификации микроорганизмов.

Фотосинтез — процесс, в котором световая энергия поглощается и преобразуется в химическую энергию и используется для синтеза АТФ. Фотосинтез — один из наиболее важных метаболических процессов на Земле, так как почти вся наша энергия происходит от энергии Солнца. Больше половины фотосинтетических реакций Земли связаны с микроорганизмами. Из прокариотов к фотосинтезу способны цианобактерии, зеленые серные и несерные бактерии, пурпурные серные и несерные бактерии, гелиобактерии и галоархеи. Они широко распространены в пресной и морской воде.

Бактериальный фотосинтез протекает в анаэробных условиях и не сопровождается выделением кислорода. Он осуществляется при помощи фотосинтетических пигментов: хлорофиллов, различающихся по своим свойствам и поглощающих свет в двух спектральных областях — около 400 и 600-800 нм; каротиноидов (поглощение в пределах 450-550 нм) и фикобилипротеинов (поглощение 550-650 нм).

Фотосинтетический аппарат состоит из светособирающих ловушек (антенн), реакционных центров (РЦ), электронтранспортной цепи (ЭТЦ) и локализован в мембранных структурах клетки. Энергия света, поглощенная пигментным комплексом ловушек, переходит в другую форму в РЦ, который содержит бактериохлорофилл. Последний под действием световой энергии теряет электрон, который, проходя по ЭТЦ, обеспечивает образование АТФ и в конечном итоге переносится обратно на бактериохлорофилл (циклическое фотофосфорилирование). При нециклическом фотофосфорилировании бактерии пользуются экзогенными донорами электронов — восстановленными соединениями серы, молекулярным водородом или органическими соединениями.

- Читать далее "Светящиеся и ароматообразующие бактерии"

Редактор: Искандер Милевски. Дата публикации: 18.05.2019

Все размещенные статьи преследуют образовательную цель и предназначены для лиц имеющих базовые знания в области медицины.
Без консультации лечащего врача нельзя применять на практике любой изложенный в статье факт.
Жалобы и возникшие вопросы просим присылать на адрес statii@dommedika.com
На этот же адрес ждем запросы на координаты авторов статей - быстро их предоставим.