Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
60°C және одан жоғары температурада өмір сүретін организмдер. Гипертермофиль – 60°C және одан жоғары температурада өмір сүретін организм. Гипертермофильдердің өмір сүруі үшін ең қолайлы температура көбінесе 80°C-тан жоғары болады. Гипертермофильдер көбінесе Архея доменіне жатады, бірақ кейбір бактериялар да экстремалды температураға төзімді. Осы бактериялардың кейбіреулері 100°C-тан жоғары температурада, мұхиттың тереңдігінде, жоғары қысым судың қайнау температурасын көтеретін жағдайда тіршілік ете алады. Көптеген гипертермофильдер жоғары қышқылдық немесе жоғары радиация деңгейі сияқты басқа да экстремалды орта жағдайларына да төтеп бере алады. Гипертермофильдер – экстремофильдердің бір тобы. Олардың болуы ғарыштан тыс тіршілік мүмкіндігін қолдайды, тіршілік ортаның экстремалды жағдайларында да дамуға қабілетті екенін көрсетеді.
Organism that thrives in extremely hot environments from 60*C upwards
A hyperthermophile is an organism that thrives in extremely hot environments—from 60 °C (140 °F) upwards. An optimal temperature for the existence of hyperthermophiles is often above 80 °C (176 °F). Hyperthermophiles are often within the domain Archaea, although some bacteria are also able to tolerate extreme temperatures. Some of these bacteria are able to live at temperatures greater than 100 °C, deep in the ocean where high pressures increase the boiling point of water. Many hyperthermophiles are also able to withstand other environmental extremes, such as high acidity or high radiation levels. Hyperthermophiles are a subset of extremophiles. Their existence may support the possibility of extraterrestrial life, showing that life can thrive in environmental extremes.
Тарих
Йеллоустоун ұлттық паркіндегі ыстық бұлақтардан оқшауланған гипертермофильдерді алғаш рет 1965 жылы Томас Д. Брок хабарлады. Одан бері 70-тен астам түрі белгіленді. Ең экстремалды гипертермофильдер терең теңіздегі гидротермальдық қайнарлардың қызып тұрған қабырғаларында тіршілік етеді, олар тірі қалу үшін кем дегенде 90 °C температураны қажет етеді. Керемет жылуға төзімді гипертермофиль – 121-ші штамм, ол 121 °C температурадағы автоклавта 24 сағат ішінде өзінің популяциясын екі есеге арттыра алды (сондықтан оның аты осылай аталады). Қазіргі рекордтық өсу температурасы – 122 °C, ол Methanopyrus kandleri үшін тіркелді. Гипертермофильдердің ешқайсысы 122 °C-тан жоғары температурада гүлдемейді, бірақ олардың болуы мүмкін. 121-ші штамм 130 °C температурада екі сағатқа дейін тірі қалады, бірақ ол 103 °C температурадағы жаңа өсіру ортасына ауыстырылғанға дейін көбейе алмады.
Hyperthermophiles isolated from hot springs in Yellowstone National Park were first reported by Thomas D. Brock in 1965. Since then, more than 70 species have been established. The most extreme hyperthermophiles live on the superheated walls of deep sea hydrothermal vents, requiring temperatures of at least 90 °C for survival. An extraordinary heat tolerant hyperthermophile is Strain 121, which has been able to double its population during 24 hours in an autoclave at 121 °C (hence its name). The current record growth temperature is 122 °C, for Methanopyrus kandleri. Although no hyperthermophile has shown to thrive at temperatures >122 °C, their existence is possible. Strain 121 survives 130 °C for two hours, but was not able to reproduce until it had been transferred into a fresh growth medium, at a relatively cooler 103 °C.
Зерттеу
Гипертермофильдерді зерттеудің алғашқы кезеңдерінде олардың геномдарының жоғары гуанин-цитозин мөлшерімен сипатталатыны болжанған; алайда, соңғы зерттеулер "геномның GC құрамы мен организмнің ең қолайлы өсу температурасы арасында ешқандай айқын байланыс жоқ" екенін көрсетіп тұр. Гипертермофильдердегі ақуыз молекулалары гипертермостабильділікке ие, яғни олар жоғары температурада құрылымдық тұрақтылығын (соның салдарынан, қызметін) сақтай алады. Бұл ақуыздар төмен температурада тіршілік ететін, бірақ жоғары температурада тиімді жұмыс істеуге бейімделген организмдердегі функционалдық аналогтарымен гомологты болып табылады. Гипертермостабильді ақуыздардың төмен температурадағы гомологтарының көпшілігі 60°C-тан асса денатурацияланады. Мұндай гипертермостабильді ақуыздар көбінесе коммерциялық маңызға ие, себебі химиялық реакциялар жоғары температурада жылдамдатылады.
Early research into hyperthermophiles speculated that their genome could be characterized by high guanine cytosine content; however, recent studies show that "there is no obvious correlation between the GC content of the genome and the optimal environmental growth temperature of the organism." The protein molecules in the hyperthermophiles exhibit hyperthermostability—that is, they can maintain structural stability (and therefore function) at high temperatures. Such proteins are homologous to their functional analogs in organisms that thrive at lower temperatures but have evolved to exhibit optimal function at much greater temperatures. Most of the low temperature homologs of the hyperthermostable proteins would be denatured above 60 °C. Such hyperthermostable proteins are often commercially important, as chemical reactions proceed faster at high temperatures.
Жалпы физиология
Гипертермофилдер экстремалды ортаға бейімделгендіктен, pH, тотығу-тотығу потенциалы, тұздылық деңгейі және температура сияқты әртүрлі факторларға бейімделуге қабілетті. Олар мезофильдер сияқты, ең төменгі және ең жоғары температура аралығында, шамамен 25-30 °C температура диапазонында өседі. Ең жылдам өсу олардың оңтайлы өсу температурасында жүзеге асады, ол 106 °C-қа дейін жете алады. Олардың морфологиялық ерекшеліктері:
Due to their extreme environments, hyperthermophiles can be adapted to several variety of factors such as pH, redox potential, level of salinity, and temperature. They grow similar to mesophiles within a temperature range of about 25 30 °C between the minimal and maximal temperature. The fastest growth is obtained at their optimal growth temperature which may be up to 106 °C. The main characteristics they present in their morphology are:
Жасуша қабырғасы: археяның сыртқы қабаты, жасушаны қоршап тұрып, жасуша ішін қорғайды. Оның құрамында пептидогликан жоқ, сондықтан лизозимге табиғи түрде төзімді. Көбінесе кездесетін қабырға – гексагональды симметриялы ақуыздар немесе гликопротеиндерден тұратын паракристалдық беткі қабат. Ерекшелік – қабырғасы жоқ туыс, бұл кемшілік жасуша мембранасының дамуымен толықтырылады, оның ерекше химиялық құрамы: липид тетраэфірі және глюкоза жалпы липидтердің өте жоғары үлесін құрайды. Бұған қоса, гликопротеиндермен бірге Thermoplasma spp. мембранасына оның тіршілік ететін қышқыл және термофильді жағдайларға қарсы тұрақтылық береді. Цитоплазмалық мембрана: температураға бейімделудің негізгі механизмі. Бұл мембрана эукариоттар мен прокариоттарға белгілі мембранадан түбірінен өзгеше. Архебактериялардың мембранасы тетраэфірлік бірліктерге негізделген, осылайша глицерин молекулалары мен май қышқылдарынан тұрмайтын гидрофобтық тізбектер арасында эфирлік байланыстар қалыптасады. Бұл тізбектер негізінен қайталама изопрен бірліктерінен тұрады. Қант метаболизмі туралы көптеген мәліметтер Pyrococcus furiosus-ты зерттеу нәтижесінде алынған. Ол крахмал, мальтоза және целлобиоза сияқты көптеген түрлі қанттарда өседі, олар жасушаға енгеннен кейін глюкозаға айналады, бірақ олар көміртек және энергия көзі ретінде басқа да органикалық субстраттарды пайдалана алады. Алған деректер глюкозаның модификацияланған Эмбден-Мейерхоф жолы арқылы метаболизденетінін көрсетті, бұл эукариоттар мен бактерияларда кездесетін гликолиздің канондық түрі. Бұл жолдың бастапқы реакцияларындағы қант киназаға қатысты айырмашылықтар анықталды: дәстүрлі глюкокиназа мен фосфофруктокиназаның орнына екі жаңа қант киназасы табылды. Бұл ферменттер – АДФ-ге тәуелді глюкокиназа (АДФ ГК) және АДФ-ге тәуелді фосфофруктокиназа (АДФ ФФК), олар бірдей реакцияларды катализдейді, бірақ АТФ орнына АДФ-ті фосфорил доноры ретінде пайдаланады, нәтижесінде АМФ түзіледі.
Cell wall: the outermost part of archaea, it is arranged around the cell and protects the cell contents. It does not contain peptidoglycan, which makes them naturally resistant to lysozyme. The most common wall is a paracrystalline surface layer formed by proteins or glycoproteins of hexagonal symmetry. An exceptional peculiarity comes from the hand of the genus that lacks a wall, a deficiency that is filled by the development of a cell membrane whose unique chemical structure: it contains a lipid tetraether with and glucose in a very high proportion to the total lipids. In addition, it is accompanied by glycoproteins that together with lipids give the membrane of Thermoplasma spp stability against the acidic and thermophilic conditions in which it lives. Cytoplasmic membrane: is the main adaptation to temperature. This membrane is radically different from that known from and to eukaryotes. The membrane of Archaeabacteria is built on a tetraether unit, thus establishing ether bonds between glycerol molecules and hydrophobic side chains that do not consist of fatty acids. These side chains are mainly composed of repeating isoprene units. Most of informations about sugar catabolism came from observation on Pyrococcus furiosus. It grows on many different sugars such as starch, maltose, and cellobiose, that once in the cell they are transformed in glucose, but they can use even others organic substrate as carbon and energy source. Some evidences showed that glucose is catabolysed by a modified Embden Meyerhof pathway, that is the canonical version of well known glycolysis, present in both eukaryotes and bacteria. Some differences discovered concerned the sugar kinase of starting reactions of this pathway: instead of conventional glucokinase and phosphofructokinase, two novel sugar kinase have been discovered. These enzymes are ADP dependent glucokinase (ADP GK) and ADP dependent phosphofructokinase (ADP PFK), they catalyse the same reactions but use ADP as phosphoryl donor, instead of ATP, producing AMP.
Бейімделулер
Гипертермофилдер әдетте 50 °C және одан төмен температурада көбеймейді, ал кейбіреулері тіпті 80 немесе 90° төменде де көбеймейді. Олар бөлме температурасында өсе алмайды, бірақ онда көп жылдар бойы тірі қала алады. Олардың қарапайым өсу талаптарын ескеретін болсақ, гипертермофилдер ыстық суы бар кез келген жерде, тіпті Марс және Еуропа сияқты басқа планеталар мен спутниктерде де өсе алады. Гипертермофилдер жасушаларын жылуға бейімдеу үшін, әсіресе жасуша қабырғасына, плазмалық мембранаға және оның биомолекулаларына (ДНК, ақуыздар және т.б.) әртүрлі механизмдерді пайдаланады: Бұл стратегиялар гомологтық рекомбинацияда (ДНК жөндеу процесі) қолданылатын маңызды ақуыздарға қатысты талаптарды, нуклеотидтерді кесіп шығару арқылы ДНК жөндеу процесінің болмауын және MutS/MutL гомологтарының (ДНК қателіктерін жөндеу ақуыздары) жоқтығын қамтиды.
As a rule, hyperthermophiles do not propagate at 50 °C or below, some not even below 80 or 90º. Although unable to grow at ambient temperatures, they are able to survive there for many years. Based on their simple growth requirements, hyperthermophiles could grow on any hot water containing site, even on other planets and moons like Mars and Europa. Thermophiles hyperthermophiles employ different mechanisms to adapt their cells to heat, especially to the cell wall, plasma membrane and its biomolecules (DNA, proteins, etc): These strategies include an essential requirement for key proteins employed in homologous recombination (a DNA repair process), an apparent lack of the DNA repair process of nucleotide excision repair and a lack of the MutS/MutL homologs (DNA mismatch repair proteins).