Светящиеся бактерии и биолюминесценция
Светящиеся бактерии-в основном морские организмы. Это хемоорга- нотрофные бактерии, по своим морфологическим и физиологическим признакам сходные с Enterobacteriaceae; поэтому их называют также «морскими энтеробактериями».
Светящиеся бактерии легко выделить из морской и солоноватой воды.
На мясе и рыбе они образуют естественные накопительные культуры, особенно при низких температурах. Если морскую рыбу в неглубокой посуде наполовину залить соленой водой и оставить на несколько дней в холодильнике (при 4-6°С), то на поверхности рыбы появятся колонии светящихся бактерий, которые можно выделить и по-лучить в чистой культуре. Как правило, они не вызывают гниения и не образуют токсичных веществ, но выделяют амины. Р. Бойль (1667) писал: «Иной кусок мяса вчера еще светился, а сегодня из него уже приготовлено питательное и вкусное блюдо».Светящиеся бактерии. Все выделенные до сих пор светящиеся бактерии - грам-отрицательные факультативные анаэробы, передвигающиеся с помощью 1-8 жгутиков. В зависимости от морфологии жгутиков (полярное или перитрихальное расположение, простые жгутики или жгутики в чехле) их относят к родам Photobacteriumили Вепескеа. В анаэробных условиях большинство светящихся бактерий осуществляет муравьинокислое брожение или брожение смешанного типа, как это свойственно Enterobacteriaceae, и образует муравьиную, уксусную, молочную и янтарную кислоты, спирт, С02 и ацетоин. Как и многие другие морские бактерии, они являются галофилами; если поместить их в гипотоничную среду (дистиллированную воду), они мгновенно лизи- руются.
Рост и биолюминесценция в сильной степени зависят от состава среды. Свечение наблюдается только в присутствии кислорода, поэтому такие бактерии еще в конце прошлого века использовались как чувствительные индикаторы для выявления фотосинтетического образования кислорода у зеленых и красных водорослей в опытах со светом разной длины волны.
Процесс свечения.
Свечение следует рассматривать как процесс аэробного окисления, своего рода побочный путь дыхания, приводящий не к образованию АТР, а к возбуждению какого-то промежуточного продукта, испускающего при этом свет. Дюбуа первым в 1885 г. исследовал процесс свечения, использовав водные экстракты из светящегося органа моллюска-точилыцика Pholas dactylus; он выяснил, что в реакции участвуют вещество, экстрагируемое горячей водой (люциферин), и фермент, экстрагируемый холодной водой (люцифераза):_ Люцифераза
Люциферин > Свет
°2
В разных системах вещества, участвующие в биолюминесценции, различны. Лучше всего этот процесс изучен у Photinus pyralis - американского светлячка. Люциферин его люминесцентной системы оказался производным бензтиазола. Люцифераза (Е) катализирует реакцию восстановленного люциферина (ЬН2) с АТР; продукт этой реакции-адени- лат-при окислении испускает свет:
LH2+ АТР+ Е E-LH2-AMP+PP?
Е*LH2~ АМР + 02 > Свет + Продукты
Между количеством вступившего в реакцию АТР и интенсивностью свечения существует прямая зависимость. Поэтому «светлячковая реакция» стала излюбленным методом количественного определения АТР.
В бактериальном свечении тоже участвует несколько компонентов: восстановленный FMN, 02 и альдегид с длинной цепью (тетрадека- наль). Люцифераза представляет собой монооксигеназу (см. разд. 14.11.4). Уравнение реакции можно написать следующим образом:
FMNH2+ 02 + R—СНО -?
FMN + Н20 + R—СООН + hv
Окисление FMNH2, вероятно, приводит к возбуждению FMN, т.е. к образованию [FMN • Н20], который испускает свет, возвращаясь в основное состояние:
[FMNH20]* -Л FMN H20 -* FMN + Н20
Способность к свечению очень распространена у грибов (Armillaria mellea, Panus stipticusи др.), у простейших (динофлагеллят) и у различных многоклеточных животных. У каракатиц и некоторых глубоководных морских рыб за свечение ответственны симбиотические бактерии, находящиеся в светящихся органах. Значение биолюминесценции для таких животных понятно, однако биологическая роль ее у одноклеточных организмов пока не ясна.
Еще по теме Светящиеся бактерии и биолюминесценция:
- Светящиеся бактерии и биолюминесценция
- Предметный указател
- Необычные люди
- ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ И МОРФОЛОГИЧЕСКИЕ ИЗМЕНЕНИЯ Б КЛЕТКАХ