محب للحرارة

الموسوعة الحرة

الكائنات الحية شديدة الحرارة هي كائنات حية تزدهر في بيئات شديدة الحرارة - من 60 درجة مئوية (140 درجة فهرنهايت) وما فوق. غالبًا ما تكون درجة الحرارة المثلى لوجود الكائنات الحية شديدة الحرارة أعلى من 80 درجة مئوية (176 درجة فهرنهايت). [1] غالبًا ما تكون الكائنات الحية شديدة الحرارة ضمن نطاق العتائق ، على الرغم من أن بعض البكتيريا قادرة أيضًا على تحمل درجات الحرارة القصوى. بعض هذه البكتيريا قادرة على العيش في درجات حرارة أعلى من 100 درجة مئوية، في أعماق المحيط حيث تزيد الضغوط العالية من نقطة غليان الماء. العديد من الكائنات الحية شديدة الحرارة قادرة أيضًا على تحمل الظروف البيئية المتطرفة الأخرى، مثل الحموضة العالية أو مستويات الإشعاع العالية. الكائنات الحية شديدة الحرارة هي مجموعة فرعية من الكائنات الحية شديدة التطرف . قد يدعم وجودها إمكانية وجود حياة خارج كوكب الأرض ، مما يدل على أن الحياة يمكن أن تزدهر في الظروف البيئية المتطرفة.

تاريخ

تم الإبلاغ عن الكائنات المحبة للحرارة العالية المعزولة من الينابيع الساخنة في حديقة يلوستون الوطنية لأول مرة بواسطة توماس دي بروك في عام 1965. [2] [3] ومنذ ذلك الحين، تم تحديد أكثر من 70 نوعًا. [4] تعيش الكائنات المحبة للحرارة العالية الأكثر تطرفًا على الجدران شديدة السخونة لفتحات المياه الحرارية في أعماق البحار ، وتتطلب درجات حرارة لا تقل عن 90 درجة مئوية للبقاء على قيد الحياة. تعد السلالة 121 من الكائنات المحبة للحرارة العالية غير العادية ، [5] والتي كانت قادرة على مضاعفة أعدادها خلال 24 ساعة في وعاء ضغط عند درجة حرارة 121 درجة مئوية (ومن هنا جاء اسمها). درجة حرارة النمو القياسية الحالية هي 122 درجة مئوية، بالنسبة لـ Methanopyrus kandleri .

على الرغم من عدم ظهور أي نوع من البكتيريا المحبة للحرارة العالية يزدهر عند درجات حرارة أعلى من 122 درجة مئوية، إلا أن وجودها ممكن. حيث تبقى السلالة 121 على قيد الحياة عند درجة حرارة 130 درجة مئوية لمدة ساعتين، ولكنها لم تكن قادرة على التكاثر حتى تم نقلها إلى وسط نمو جديد، عند درجة حرارة أكثر برودة نسبيًا تبلغ 103 درجة مئوية.

بحث

تكهنت الأبحاث المبكرة حول الكائنات المحبة للحرارة العالية بأن جينومها يمكن أن يتميز بمحتوى عالٍ من الجوانين والسيتوزين ؛ ومع ذلك، تظهر الدراسات الحديثة أنه "لا يوجد ارتباط واضح بين محتوى الجوانين والسيتوزين في الجينوم ودرجة الحرارة البيئية المثالية لنمو الكائن الحي". [6] [7]

تظهر جزيئات البروتين في البروتينات المحبة للحرارة العالية قدرة على تحمل الحرارة العالية ـ أي أنها تستطيع الحفاظ على الاستقرار البنيوي (وبالتالي العمل) في درجات حرارة عالية. وتتشابه هذه البروتينات مع نظائرها الوظيفية في الكائنات الحية التي تزدهر في درجات حرارة منخفضة ولكنها تطورت لتظهر وظيفة مثالية في درجات حرارة أعلى كثيراً. وسوف تتحلل معظم نظائر البروتينات المحبة للحرارة العالية في درجات حرارة منخفضة فوق 60 درجة مئوية. وكثيراً ما تكون هذه البروتينات المحبة للحرارة العالية مهمة تجارياً، حيث تستمر التفاعلات الكيميائية بشكل أسرع في درجات الحرارة العالية. [8] [9]

علم وظائف الأعضاء

الفسيولوجيا العامة

أشكال وفئات مختلفة من الكائنات الحية الدقيقة المحبة للحرارة العالية

بسبب بيئاتها القاسية، يمكن أن تتكيف الكائنات المحبة للحرارة العالية مع العديد من العوامل المتنوعة مثل الرقم الهيدروجيني ، وإمكانية الأكسدة والاختزال ، ومستوى الملوحة، ودرجة الحرارة . تنمو - على غرار الكائنات المحبة للحرارة المتوسطة - ضمن نطاق درجة حرارة يتراوح بين حوالي 25-30 درجة مئوية بين الحد الأدنى والحد الأقصى لدرجات الحرارة. يتم الحصول على أسرع نمو عند درجة حرارة نموها المثالية والتي قد تصل إلى 106 درجة مئوية. [10] الخصائص الرئيسية التي تظهرها في مورفولوجياها هي:

  • جدار الخلية: هو الجزء الخارجي من العتائق، وهو مرتب حول الخلية ويحمي محتوياتها، ولا يحتوي على ببتيدوجليكان ، مما يجعلها مقاومة بشكل طبيعي للليزوزيم . الجدار الأكثر شيوعًا هو طبقة سطحية شبه بلورية تتكون من بروتينات أو جليكوبروتينات ذات تناسق سداسي. باستثناء جنس الثيرموبلازما الذي يفتقر إلى جدار، وهو نقص يتم تعويضه بتطور غشاء خلوي ذو بنية كيميائية فريدة. يحتوي على وحدة رباعي إيثير دهنية وجلوكوز بنسبة عالية جدًا إلى إجمالي الدهون. بالإضافة إلى ذلك، فهو مصحوب بجليكوبروتينات تعمل مع الدهون على إعطاء غشاء الثيرموبلازما spp الثبات ضد الظروف الحمضية والحرارية التي يعيش فيها. [11]
  • الغشاء السيتوبلازمي: هو التكيف الرئيسي مع درجة الحرارة. هذا الغشاء يختلف جذريًا عن الغشاء المعروف لدى حقيقيات النوى وإليها. غشاء البكتيريا العتيقة مبني على وحدة رباعية الأثير، وبالتالي ينشئ روابط إيثيرية بين جزيئات الجلسرين والسلاسل الجانبية الكارهة للماء والتي لا تتكون من أحماض دهنية. تتكون هذه السلاسل الجانبية بشكل أساسي من وحدات إيزوبرين متكررة. [11] في نقاط معينة من الغشاء، توجد سلاسل جانبية مرتبطة بروابط تساهمية وطبقة أحادية عند هذه النقاط. وبالتالي، يكون الغشاء أكثر استقرارًا ومقاومة للتغيرات في درجة الحرارة من الطبقات الثنائية الحمضية الموجودة في الكائنات حقيقية النوى والبكتيريا.
  • البروتينات: تتحلل عند درجات الحرارة المرتفعة، وبالتالي يجب أن تتكيف أيضًا. تساعد المجمعات البروتينية المعروفة باسم بروتينات الصدمة الحرارية في الطي السليم. وظيفتها هي ربط البروتين أو ابتلاعه أثناء التخليق، مما يخلق بيئة مواتية لتكوينه الثالثي الصحيح. بالإضافة إلى ذلك، يمكن لبروتينات الصدمة الحرارية أن تتعاون في نقل البروتينات المطوية حديثًا إلى موقع عملها. [11]
  • الحمض النووي: يتكيف أيضًا مع درجات الحرارة المرتفعة من خلال عدة آليات. الأولى هي ثنائي فوسفوجليسرات البوتاسيوم الحلقي 2،3 ، والذي تم عزله في عدد قليل فقط من أنواع هذا الجنس. يتميز Methanopyrus بحقيقة أنه يمنع تلف الحمض النووي عند هذه درجات الحرارة. [10] توبوإيزوميراز هو إنزيم موجود في جميع الكائنات المحبة للحرارة العالية. وهو مسؤول عن إدخال الدورانات الإيجابية التي تمنح استقرارًا أكبر ضد درجات الحرارة المرتفعة. تم العثور على هذا البروتين في الجنس ويتميز بزيادة تصل إلى 40 درجة مئوية في درجة انصهار الحمض النووي. تتعاون الهستونات التي ترتبط بها هذه البروتينات في الالتفاف الفائق. [12] [10]

الاسْتِقْلاب

تتمتع الكائنات المحبة للحرارة بتنوع كبير في التمثيل الغذائي بما في ذلك الكائنات ذاتية التغذية الكيميائية العضوية وغير العضوية، في حين لا توجد كائنات محبة للحرارة الضوئية معروفة. تتضمن عملية استقلاب السكر نسخًا غير فوسفورية من مسار إنتنر-دودوروف ، وبعض النسخ المعدلة من مسار إمبدن-مايرهوف، ومسار إمبدن-مايرهوف التقليدي موجود فقط في البكتيريا المحبة للحرارة ولكن ليس في العتائق. [13]

جاءت معظم المعلومات حول استقلاب السكر من الملاحظة على Pyrococcus furiosus . إنه ينمو على العديد من السكريات المختلفة مثل النشا والمالتوز والسليوبيوز، وبمجرد دخولها إلى الخلية تتحول إلى جلوكوز، ولكنها يمكن أن تستخدم أيضًا ركيزة عضوية أخرى كمصدر للكربون والطاقة. أظهرت بعض الأدلة أن الجلوكوز يتم استقلابه بواسطة مسار Embden-Meyerhof المعدل، وهو النسخة التقليدية من تحلل الجلوكوز المعروف، والموجود في كل من حقيقيات النوى والبكتيريا. [14]

تم اكتشاف بعض الاختلافات المتعلقة بسكر كيناز التفاعلات الأولية لهذا المسار: بدلاً من الجلوكوكيناز التقليدي والفوسفوفروكتوكيناز، تم اكتشاف نوعين جديدين من سكر كيناز. هذه الإنزيمات هي جلوكوكيناز معتمد على ADP (ADP-GK) وفوسفوفروكتوكيناز معتمد على ADP (ADP-PFK)، وهي تحفز نفس التفاعلات ولكنها تستخدم ADP كمصدر للفوسفوريل، بدلاً من ATP، لإنتاج AMP. [15]

التكيفات

وكقاعدة عامة، لا تتكاثر الكائنات المحبة للحرارة العالية عند 50 درجة مئوية أو أقل، وبعضها لا يتكاثر حتى عند 80 أو 90 درجة مئوية. [ 16] وعلى الرغم من عدم قدرتها على النمو في درجات الحرارة المحيطة، إلا أنها قادرة على البقاء هناك لسنوات عديدة. واستنادًا إلى متطلبات نموها البسيطة، يمكن للكائنات المحبة للحرارة العالية أن تنمو في أي موقع يحتوي على ماء ساخن ، حتى على الكواكب والأقمار الأخرى مثل المريخ وأوروبا . تستخدم الكائنات المحبة للحرارة العالية آليات مختلفة لتكييف خلاياها مع الحرارة، وخاصة جدار الخلية والغشاء البلازمي وجزيئاته الحيوية (الحمض النووي والبروتينات وما إلى ذلك): [12]

  • وجود الأحماض الدهنية المشبعة وطويلة السلسلة في غشاء البلازما في البكتيريا وروابط " الإيثر " (ثنائي الإيثر أو رباعي الإيثر) في العتائق. في بعض العتائق، يكون الغشاء ذو ​​بنية أحادية الطبقة مما يزيد من مقاومته للحرارة.
  • الإفراط في التعبير عن مرافقي GroES و GroEL الذين يساعدان على طي البروتينات بشكل صحيح في حالات الضغط الخلوي مثل درجة الحرارة التي تنمو فيها.
  • تراكم المركبات مثل ثنائي فوسفوغليسرات البوتاسيوم التي تمنع الضرر الكيميائي (إزالة البيورين أو إزالة البيريميدين) للحمض النووي.
  • إنتاج السبيرميدين الذي يعمل على تثبيت الحمض النووي DNA والحمض النووي الريبوزي RNA والرايبوسومات .
  • وجود جيراز الحمض النووي العكسي الذي ينتج التفافًا فائقًا إيجابيًا ويثبت الحمض النووي ضد الحرارة.
  • وجود بروتينات ذات محتوى أعلى في مناطق الحلزون ألفا ، وأكثر مقاومة للحرارة.

إصلاح الحمض النووي

يبدو أن العتائق شديدة الحرارة لديها استراتيجيات خاصة للتعامل مع تلف الحمض النووي والتي تميز هذه الكائنات عن الكائنات الحية الأخرى. [17] تتضمن هذه الاستراتيجيات متطلبًا أساسيًا للبروتينات الرئيسية المستخدمة في إعادة التركيب المتماثل ( عملية إصلاح الحمض النووي )، ونقص واضح في عملية إصلاح الحمض النووي لإصلاح استئصال النوكليوتيدات ونقص نظائر MutS / MutL ( بروتينات إصلاح عدم تطابق الحمض النووي ). [17]

أنواع محددة من المواد المحبة للحرارة

أركيا

البكتيريا سلبية الجرام

انظر أيضا

مراجع

  1. ^ Stetter, K. (2006). "History of discovery of the first hyperthermophiles". Extremophiles . 10 (5): 357–362. doi :10.1007/s00792-006-0012-7. PMID  16941067. S2CID  36345694.
  2. ^ سيكباخ، جوزيف؛ أورين، أهارون؛ ستان-لوتر، هيلجا، محررون (2013). الكائنات الحية المحبة للظروف القاسية — الحياة تحت أشكال متعددة من الإجهاد. أصل الخلية، الحياة في البيئات القاسية وعلم الأحياء الفلكي. المجلد 27. سبرينغر. ص. xviii. doi :10.1007/978-94-007-6488-0. ISBN 978-94-007-6487-3في يونيو 1965 ، اكتشف توماس بروك، عالم الأحياء الدقيقة بجامعة إنديانا، شكلاً جديدًا من البكتيريا في الفتحات الحرارية في متنزه يلوستون الوطني. ويمكن لهذه البكتيريا أن تعيش في درجات حرارة تقترب من الغليان. وفي ذلك الوقت كان يُعتقد أن أعلى درجة حرارة للحياة هي 73 درجة مئوية. ووجد أن أحد الينابيع، نبع الأخطبوط، يحتوي على كميات كبيرة من البكتيريا الخيطية الوردية عند درجات حرارة تتراوح بين 82 و88 درجة مئوية.
  3. ^ Brock TD (أغسطس 1997). "قيمة البحث الأساسي: اكتشاف Thermus aquaticus وغيرها من الكائنات المحبة للحرارة الشديدة". علم الوراثة . 146 (4): 1207-10. doi :10.1093/genetics/146.4.1207. PMC 1208068. PMID  9258667 . 
  4. ^ ستيتر، كو (2002). “الكائنات الحية الدقيقة شديدة الحرارة”. في هورنك، ج.؛ بومستارك خان، سي. (محرران). علم الأحياء الفلكي . سبرينغر. ص 169-184. دوى :10.1007/978-3-642-59381-9_12. رقم ISBN 978-3-642-59381-9.
  5. ^ "ميكروب من الأعماق ينقل الحياة إلى أقصى حد معروف". مؤرشف من الأصل في 2023-10-04 . تم الاسترجاع في 2018-04-06 .
  6. ^ هيرست إل دي، ميرشانت إيه آر (مارس 2001). "محتوى الجوانين-السيتوزين المرتفع ليس تكيفًا مع درجات الحرارة المرتفعة: تحليل مقارن بين بدائيات النوى". Proc Biol Sci . 268 (1466): 493–7. doi :10.1098/rspb.2000.1397. PMC 1088632. PMID  11296861 . 
  7. ^ Zheng H, Wu H; Wu (ديسمبر 2010). "تحليل الارتباط الجيني للارتباط بين مستويات محتوى الجوانين والسيتوزين وظروف نطاق درجة الحرارة للأنواع البدائية". BMC Bioinformatics . 11 (Suppl 11): S7. doi : 10.1186/1471-2105-11-S11-S7 . PMC 3024870. PMID  21172057 . 
  8. ^ Das S, Paul S, Bag SK, Dutta C (يوليو 2006). "تحليل جينوم وتركيبة بروتيوم Nanoarchaeum equitans: مؤشرات للتكيف مع ارتفاع درجة الحرارة والتطفل". BMC Genomics . 7 : 186. doi : 10.1186/1471-2164-7-186 . PMC 1574309. PMID  16869956 . 
  9. ^ Saiki, RK; Gelfand, dh; Stoffel, S; Scharf, SJ; Higuchi, R; Horn, GT; Mullis, KB; Erlich, HA (1988). "التضخيم الأنزيمي الموجه للبادئ للحمض النووي باستخدام بوليميراز الحمض النووي الثابت حراريًا". Science . 239 (4839): 487–91. Bibcode :1988Sci...239..487S. doi :10.1126/science.239.4839.487. PMID  2448875.
  10. ^ اي بي سي فرنانديز، PG؛ رويز، النائب (2007). "Archaeabacterias hipertermófilas: vida en ebullición" (PDF) . Revista Complutense de Ciencias Veterinarias . 1 (2)): 560.
  11. ^ abc Vázquez Bringas FJ، Santiago I، Gil L، Ribera T، Gracia-Salinas MJ، Román LS، Blas ID، Prades M، Alonso de Diego M، Ardanaz N، Muniesa A (2014). ""إنشاء تطبيق معلوماتي لتعلم العيادة وإنتاج الخيل للعب التافه"" (PDF) . مراجعة كاملة للعلوم البيطرية . 8 (1): 45. دوى :10.5209/rev_RCCV.2014.v8.n1.44301.
  12. ^ أب بروك ، كريستينا م. بانيو بولو، مانويل؛ جارسيا موريا، ماريا ج.؛ منجارو، إسماعيل؛ استيف-جاسينت، ماريا (2017). "توصيف بروتين الغشاء الداخلي BB0173 من بوريليا بورجدورفيري". بي إم سي علم الأحياء الدقيقة . 17 (1): 219. دوى : 10.1186/s12866-017-1127-y . بمك 5700661 . بميد  29166863. 
  13. ^ Schönheit, P.; Schäfer, T. (January 1995). "Metabolism of hyperthermophiles". World Journal of Microbiology & Biotechnology . 11 (1): 26–57. doi :10.1007/bf00339135. ISSN  0959-3993. PMID  24414410. S2CID  21904448.
  14. ^ ساكورابا، هاروهيكو؛ جودا، شويتشيرو؛ أوهشيما، توشيهيسا (2004). "استقلاب السكر الفريد والإنزيمات الجديدة للعتيقة شديدة الحرارة". السجل الكيميائي . 3 (5): 281-7. دوى :10.1002/tcr.10066. ISSN  1527-8999. بميد  14762828.
  15. ^ بار-إيفن، أرين؛ فلامهولز، آفي؛ نور، إيلاد؛ ميلو، رون (2012-05-17). "إعادة التفكير في تحلل الجلوكوز: حول المنطق الكيميائي الحيوي للمسارات الأيضية". علم الأحياء الكيميائي الطبيعي . 8 (6): 509-517. doi :10.1038/nchembio.971. ISSN  1552-4450. PMID  22596202.
  16. ^ شوارتز، مايكل هـ.؛ بان، تاو (2015-12-10). "الترجمة الخاطئة المعتمدة على درجة الحرارة في البروتينات شديدة الحرارة تتكيف مع درجات الحرارة المنخفضة". أبحاث الأحماض النووية . 44 (1): 294-303. doi : 10.1093 /nar/gkv1379 . PMC 4705672. PMID  26657639. 
  17. ^ ab Grogan DW (2015). "فهم إصلاح الحمض النووي في العتائق شديدة الحرارة: فجوات مستمرة وأسباب أخرى للتركيز على الشوكة". Archaea . 2015 : 942605. doi : 10.1155/2015/942605 . PMC 4471258. PMID  26146487 . 

قراءة إضافية

  • ستيتر، كارل (فبراير 2013). "تاريخ موجز لاكتشاف الحياة المحبة للحرارة العالية". معاملات الجمعية الكيميائية الحيوية . 41 (1): 416-420. doi :10.1042/BST20120284. PMID  23356321.
  • ما مدى ارتفاع درجة الحرارة إلى الحد الأقصى؟ رحلة T-Limit
Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Hyperthermophile&oldid=1258390535"
Original text
Rate this translation
Your feedback will be used to help improve Google Translate