Кіріспе

Гидростатикалық қысымда тіршілік ететін организмдер Пиезофиль (грекше "пиезо" қысым және "филе" сүйіспеншілік) - гидростатикалық қысымда оптималды өсуге ие организм, яғни барлық рұқсат етілген температурада сыналғанда , гидростатикалық қысымда немесе одан жоғары өсудің ең жоғары жылдамдығына ие организм. Бастапқыда бұл организмдерге барофиль деген термин қолданылған, бірақ "баро" префиксі салмақты білдіретіндіктен, пьезофиль деген терминге артықшылық берілді. Экстремофильдердің барлық анықтамасы сияқты, пьезофильдердің анықтамасы антропоцентрикалық және адамдар гидростатикалық қысымның орташа мәндері 1 атм (= 0,1 МПа = 14,7 пс) шамасында деп санайды, ал бұл "шығыс" қысымдар - бұл организмдердің қалыпты өмір сүру жағдайлары. Гиперпизофилдер - олардың ең жоғары өсу қарқыны 50 МПа-дан жоғары (= 493 атм = 7,252 пс). Гидростатикалық қысымның атмосфералық қысымда өсетін организмдерге зиянды әсері болса да, терең теңіздегі жоғары қысымды мекендерде ғана кездесетін бұл организмдер, шын мәнінде, олардың оңтайлы өсуі үшін жоғары қысымға мұқтаж. Көбінесе олардың өсуі төмен қысымда өсетін организмдерге қарағанда әлдеқайда жоғары қысымда (мысалы, 100 МПа) жалғаса алады. Ол Мариана орманының түбінен шіріп бара жатқан Hirondellea gigas амфиподынан оқшауланды. Алғашқы термофильді пьезофильді архей Pyrococcus yayanosii CH1 штаммы терең теңіздегі гидротермальдық шамынан Ашадзе сайтынан оқшауланды. MT 41 штаммының өсу қысымы 2 °C температурада 70 МПа, ал CH1 штаммының өсу қысымы 98 °C температурада 52 МПа болады. Олар 20 МПа-дан төмен немесе оған тең қысымда өсе алмайды, ал екеуі де 100 МПа-дан жоғары қысымда өсе алады. Өсуі байқалған ең жоғары гидростатикалық қысымның қазіргі рекорды Colwellia marinimaniae MTCD1 көрсеткендей 140 МПа. "Міндетті пьезофильді" термині 0,1 МПа сияқты төмен гидростатикалық қысымда өсе алмайтын организмдерді білдіреді. Керісінше, пьезотолерантты организмдер - бұл гидростатикалық қысымда 10 МПа-дан төмен ең жоғары өсу қарқыны бар, бірақ жоғары гидростатикалық қысымда төмен жылдамдықпен өсуге қабілетті. Жердің биосферасының көп бөлігі (көлем бойынша) жоғары гидростатикалық қысымға ұшырайды, ал пьезосфера терең теңізді (1000 м және одан да терең) және терең жер асты (теңіз түбінен немесе континенттік бетінен 5000 м дейін созылуы мүмкін) қамтиды. Терең теңіздің орташа температурасы 1 - 3 °C шамасында болады және онда психопиезофилдер басым. Ал терең жер асты және теңіз түбіндегі гидротермальдық шұңқырларда 45 °C жоғары температурада өркендейтін термопиезофилдер басым. Пиезосферада қоректік заттардың алынуы мен метаболизмін зерттеу әлі де балалық шақта болса да, органикалық заттардың көпшілігі эвтрофтық аймақтағы отқа төзімді күрделі полимерлер екені түсінікті. Пьезосферада гетеротрофты метаболизм де, автотрофты фиксация да бар және қосымша зерттеулер темірлі минералдар мен көміртек оксиді метаболизмі маңызды екенін көрсетеді. Пьезосфералық метаболизмді толық түсіну және сипаттау үшін қосымша зерттеулер қажет.

Пизофильдік бейімделулер

Жоғары қысым биологиялық жүйелерге бірнеше әсер етеді. Қысымның әсерінен тепе-теңдік күйі кіші көлемді алып жатқан күйге ауысады, ол молекулааралық қашықтықты өзгертеді және конформацияларға әсер етеді. Бұл клеткалардың қызметіне де әсер етеді. Пиезофилдер осы жоғары гидростатикалық қысымға бейімделу үшін бірнеше механизмдерді қолданады. Олар ген экспрессиясын қысымға қарай реттейді, сонымен қатар биомолекулаларын қысымның айырмашылығына бейімдейді.

Нуклеин қышқылдары

Жоғары қысым сутекті байланыстарды және ДНК-ның үйілу әрекеттесуін тұрақтандырады. Осылайша ол ДНК-ның қос жіпті дуплекс құрылымына қолайлы. Алайда, ДНК репликациясы, транскрипциясы және трансляциясы сияқты бірнеше процестерді жүзеге асыру үшін бір жіптік құрылымға көшу қажет, бұл жоғары қысым балқу температурасын арттыра отырып, қиынға соғады, Tm. Осылайша, бұл процестер қиындықтарға тап болуы мүмкін.

Жасушалық мембраналар

Қысым артқанда жасуша мембранасының сұйықтығы төмендейді, өйткені көлемдегі шектеулер олардың конформациясын және буып-түюін өзгертеді. Бұл жасуша мембранасының суға және басқа да молекулаларға өткізгіштігін төмендетеді. Қоршаған ортадағы флуктуацияға жауап ретінде олар мембраналық құрылымын өзгертеді. Пиезофильді бактериялар өздерінің ацилдік тізбектерінің ұзындығын өзгертіп, қанықпаған май қышқылдарын жинап, белгілі бір полярлық бас топтарын және тармақталған май қышқылдарын жинап, осылай жасайды. Пиезофильді археялар археол мен шерамхеол негізіндегі полярлы липидтерді, биполярлы тетраэтер липидтерін синтездейді, циклопентан сақиналарын қосады және қанықпауды арттырады. Қысымға төзімді емес түрлерде жалпы көлем азаюымен протеиндер жоғары қысымда тығызданып, ашылады. Алайда пиезофильді ақуыздарда тұтас алғанда бос кеңістік аз және тығыздалу мен ашылу қысымын азайту үшін кішірек бос кеңістік болады. Амин қышқылдарының өзара әрекеттесуі де өзгереді. Жалпы алғанда, олар қысымға өте төзімді. Жоғары қысым окистену және қайтару реакцияларының тепе-теңдігін бұзады, реактивті оттегі түрлерінің (РОС) салыстырмалы түрде жоғары концентрациясын тудырады. Пьезофильдерде ROS-пен күресу үшін антиоксидациялық гендер мен белоктардың саны көбейеді, өйткені олар көбінесе жасушаларға зақым келтіреді.