שיעור 12- טמפרטורה ולחץ
Transcription
שיעור 12- טמפרטורה ולחץ
תנאי סביבה .1טמפרטורה .2לחץ הידרוסטטי pH .3 Osmotic effects .4 •לחיידקים יכולת אדפטציה מופלאה •מיקרואורגניזמים מתקיימים בכל בית גידול על פני כדור הארץ •למיקרואורגניזמים יכולת הסתגלות מדהימה לתנאי סביבה שונים •כל סביבת חיים קיצונית ככל שתהיה נתן למצוא בה מיקרואורגניזמים )(Extremophiles Extremophiles are microbes that live in conditions that would kill others .1טמפרטורה לכל אורגניזם 3טמפרטורות אופייניות .1טמפרטורת מינימום שמתחתיה אינו יכול לגדול .2טמפרטורה אופטימלית בה הגידול המהיר ביותר .3טמפרטורה מקסימלית שמעליה הגידול אינו אפשרי טמפרטורת האופטימום קרובה תמיד יותר לטמפרטורה המקסימלית. טווח טמפרטורות הגידול )צר ,רחב( לרוב האורגניזמים טווח של לא יותר מ -מעלות 30 Chryseobacterium oranimense 5-37°C optimum, 30-33°C (39) 8-48 E. coli התאמה לקב' אקולוגית בהתאם לטמפ' הגדילה קור -psychrophiles 9טמפרטורה אופטימלית נמוכה מ15 -טמפ' מקסימלית מתחת ל 20 -מעלות צלסיוס – psychrotroph = psychrotolerant 9יכול בטמפ' נמוכה )בין 0-7מעלות( אך הטמפרטורה האופטימלית לגידולו היא מעל 20מעלות הסתגלות •ח .שומן לא רוויות בממברנה •חלבונים הידרופיליים יחסית לחיידקים מזופיליים) .מכילים אחוז גבוה יותר של ח .אמינו פולריות. הפולריות מסייעת לחלבונים לשמור על מצב של גמישות = מאפשרת פעילות אנזימתית בקור( הסתגלות מולקולרית לקור חלבונים במבנה של α-helix מבנה של α-helixגמיש יותר ממבנה של b-Sheet קיפאון מי -ים קופאים ב -2.5 -מעלות צלסיוס טמפ' הקיפאון תלויה בריכוז המומסים במים .ככל שריכוזם גבוה כך טמפ' הקיפאון יורדת בתוך קרחונים קיימים כיסי מים קיפאון מונע גדילה אך לא בהכרח הורג הקפאת חיידקים למשל בנוכחות של 10%גליצרול או DMSOמונעת נזק לתא )ייבוש או התגבשות של קרח( ונתן לשמר חיידקים תקופה ארוכה בנוכחות חומרים אלה בהקפאה של עד -196מעלות. – Mesophiliesטמפ' אופטימלית ממוצעת )( 45 - 20 לדוגמאE. Coli : טמפ' אופטימלית 39מעלות טווח גידול בין 48 -8מעלות צלסיוס – Thermophiles טרמופיליים – טמפ' אופטימלית מעל 45מעלות )טווח (45-80 היפרטרמופיליים – טמפ' אופטימלית מעל 80 מיני חיידקים יכולים להתקיים גם בטמפרטורות מעל 100מעלות )בניגוד לאאוקריוטיים להם נרשם גבול עליון של 65מעלות(. פרוקריוטיים השייכים לדומיין ארכיאה הם אלו שנמצאו בעלי יכולת גדילה בטמפ' הגבוהות ביותר ) 113מעלות צלסיוס( חום טמפרטורות מעל 50מעלות מתקיימת: .1באדמה בה בצהרי היום הטמפרטורה יכולה להגיע גם ל70- .2מעיינות חמים ,גייזרים ,התפרצויות וולקניות .3מים חמים היוצאים מצינורות קירור במפעלים תעשייתיים )סביבה מלאכותית( – Hydrothermal vents .4עד 350מעלות )טמפ' המתקיימות במים רק בלחץ גבוה( Microcolony of prokaryotes that developed on a microscope slide immersed in a boiling spring נמצא קצב גידול מהיר של הכפלה כל שעה טחבים חום פרוקריוטיים מסוגלים להתקיים בטמפ' גבוהות .1 יותר מאשר אאוקריוטיים מבין הפרוקריוטיים נמצא כי מיני Archeaהם .2 אלו שנמצאו בטמפרטורות גבוהות יותר אורגניזמים שאינם פוטוטרופיים מסוגלים .3 לגדול בטמפ' גבוהות יותר מאשר phototrophs • הסתגלות מולקולרית לחום ממברנה ח .שומן רוויות בממברנה ל Archaea -ממברנה חד שכבתית )לא ח .שומן( עם קשר אתרי לגליצרול היציבה לחום תזכורת: מבנה הממברנה החד שכבתית בחלק מהחיידקים השייכים לדומיין הארכיאה •חלבונים – עמידות לדנטורציה •שינוי חומצה אמינית אחת או יותר מאפשרת קיפול החלבון בצורה שהוא יהיה עמיד יותר לחום )פחות גמיש( •קשרים יוניים בין ח .אמינו טעונות הופכות את החלבונים להידרופוביים יחסית לחלבונים בחיידקים מזופיליים ועמידים יותר לדנטורציה בחום •נמצא )בהיפרטרמופיליים( כי סנטיזה בכמויות משמעותיות של מומסים בתא דוגמת: ,di-inositol phosphate, diglycerol phosphate ו -manosylglycerateמייצבים את החלבונים בתא ושומרים עליהם מדנטורציה בטמפרטורות גבוהות .הסברה היא כי מומסים אלו מגינים גם על ה.DNA - למשל מונעים איבוד נוקליאוטידים כתוצאה מהידרוליזה. הסתגלות מולקולרית לחום -המשך •חלבונים – המשך •chaperonins –heat-shock protins •דוגמא: •לארכיאה – ) Pyrodictiumטמפ' אופטימלית 105גדל גם ב(113 - צ'פרונין עיקרי הקרוי thermosomeמאפשר לחיידק לשרוד בטמפ' של אוטוקלב משך שעה DNA •צ'פרונים קיימים בתאים )גם אאוקריוטיים( המתקיימים בכל טווחי הטמפ' ותפקידם בקיפול חלבונים שסונטזו ובתיקון חלבונים שהמבנה השלישוני שלהם ניזוק. The action of a molecular chaperone מהו גבול הטמפ' העליון המאפשר קיום חיים? יתכן כי מעל 130מעלות אך ההשערה כיום היא כי לא יתכנו חיים מעל 140-150מעלות צלסיוס הרי געש במעמקי הים: הטמפ' מגיעה עד 350מעלות צלסיוס עד כה נמצא כי דגימות מ 250 -מעלות היו סטריליות ביוטכנולוגיה – חיפוש אורגניזמים השורדים טמפ' גבוהות במטרה לפתח טכנולוגיות חדשות תנאי סביבה .1טמפרטורה .2לחץ הידרוסטטי pH .3 Osmotic effects .4 .2לחץ הידרוסטטי גבוה 10מטרים של מים = 1אטמוספרה ⇐ בעומק של 5,000מטר הלחץ 500אטמוספרות Barotolerant and Barophilic Bacteria – Barotolerantיכולים לחיות עד לחץ של 500אטמוספרות בלחץ של 1אטמוספירה נמצא בחיידקים אלה מטבוליזם גבוה יותר מאשר ב 300 -אטמוספירות Barophilic אופטימום גידול 400אטמוספירות .גם הם יכולים לגדול בלחץ של 1 אטמוספירה . Extreme obligate barophilic זקוקים ללחץ גבוה על מנת לגדול .בעומק 10,000מטר בודד חיידק שלא צמח בלחץ נמוך מזה של 400אטמ' .מת כאשר הושאר בלחץ אטמוספרי לחץ אטמוספרי גבוה לחץ גבוה מאט את קצב הגדילה גורם לירידה ביכולת קישור חלבונים ואנזימים לסובסטראט לכן המבנה השלישוני של חלבונים חייב להיות שונה ממברנה ח .שומן לא רוויות בממברנה בחיידקים גרם שליליים היכולים לגדול ב 500-600 -אטמוספירות נמצא כי הרכב חלבוני הממברנה החיצונית היה שונה ב לחץ אטמוספרי גבוה לעומת 1אטמוספירה .נמצא כי פורין OmpHשהוא חלבון של הממברנה החיצונית מסונטז רק כאשר חיידק גדל בלחץ אטמוספרי גבוה גם לגבי חלבונים נספים נמצא כי קיימת בקרת גנים שונה בתנאי לחץ שונים Deep sea - Photic zoneהאזור אליו יש חדירת אור - a-photic zoneאור לא חודר לעומק של יותר מ300 - מטר באוקיינוסים )באיזור החופים בו יש כמות גדולה שלמרחפים במים 1- מטר( מתחת עד לעומק של 1,000מטרים עדיין יש חיים למעלה מ 75% -ממי האוקיינוסים הם בעומק של למעלה מ 1000 -מטר )עד (6000 התנאים במעמקי הים .1מיעוט נוטריינטים .2טמפרטורה נמוכה – 3 – 2מעלות צלזסיוס .3לחץ גבוה (מה גדל במעמקי הים? )בד"כ הטמפ' נמוכה מאד Psychrophilic barotolerant Psychrophilic barophilic In terms of prokaryotes, species of the domain Bacteria tend to predominate in oceanic surface waters, whereas Archaea are more prevalent in deeper waters התנאים במעמקי הים .1מיעוט נוטריינטים .2טמפרטורה נמוכה – 3 – 2מעלות צלזסיוס .3לחץ גבוה יוצאים מן הכלל – Hydrothermal Ventמוצא מעיינות חמים קיימים מס' בע"ח המשגשגים בעומק יחד עם מיקרואורגניזמים במקומות בהם יש פריצת מעיינות חמים מתוך מעמקי האוקיינוסים Map of known hydrothermal vent biogeographic provinces and major mid-ocean ridges Hydrothermal Vent •– Hot vent •black smokers 270–380מעלות צלסיוס ענן שחור עשיר במינרלים. קצב יציאת המים 1-2מטרים לשניה. • - Worm vent • מעלות צלסיוס 6-23 • קצב יציאת המים עד 2ס"מ לשניה עומק 2,000מטר התגלו ב1979 - 8שנים אחרי שנל ארמסטרונג הלך על הירח רק כ 1%-נחקרו עד היום קירות הארובה מלאים בחיידקים היפרטרמופיליים אנליזה כימית של מוצא המעיינות החמים הראתה כי יש שם כמות גדולה של חומרים אנאורגניים מחוזרים Vents communities Tube worms (2m long!!!) sometimes tubeworms provide food for other deep-sea dwellers. Fish and • crabs may nibble off the tubeworm’s red plume. Tube worms Riftia pachyptila (up to 2m long!!!) Depth 2,250, לגרם תולעת109*3 כמות החיידקים