HALOPHILES: PAG-UURI, OSMOSIS, APLIKASYON, HALIMBAWA - BIOLOGY - 2025

Ang mga halophilic na organismo ay isang kategorya ng mga microorganism, parehong prokaryotes at eukaryotes, magagawang magparami at manirahan sa mga kapaligiran na may mataas na konsentrasyon ng asin tulad ng seawater at hypersaline arid na mga lugar. Ang salitang halophile ay nagmula sa mga salitang Greek na halos at filo, na nangangahulugang "magkasintahan ng asin."

Ang mga organismo na inuri sa loob ng kategoryang ito ay kabilang din sa malaking pangkat ng mga Extremophilic na organismo dahil lumaganap sila sa mga sobrang tirahan ng asin, kung saan ang karamihan sa mga buhay na selula ay hindi mabubuhay.

Salinas, mga kapaligiran ng matinding kaasinan kung saan ang mga cell ng halophilic na lumalagong. Ni H. Zell, mula sa Wikimedia Commons.

Sa katunayan, ang karamihan sa mga umiiral na mga cell ay mabilis na nawalan ng tubig kapag nakalantad sa media na mayaman sa asin at ito ang pag-aalis ng tubig na sa maraming kaso ay mabilis na humantong sa kamatayan.

Ang kakayahan ng mga organiko ng halophilic na mabuhay sa mga kapaligiran na ito ay dahil sa ang katunayan na maaari nilang balansehin ang kanilang osmotic pressure na may kaugnayan sa kapaligiran at mapanatili ang kanilang isosmotic cytoplasm sa extracellular environment.

Sila ay naiuri ayon sa konsentrasyon ng asin, kung saan maaari silang mabuhay sa matinding, katamtaman, mahina at halotolerant halophiles.

Ang ilang mga kinatawan ng halophilic ay ang berdeng alga Dunaliella salina, ang crustacean ng genus Artemia o flea ng tubig, at ang mga fungi na Aspergillus penicillioides at Aspergillus terreu.

Pag-uuri

Hindi lahat ng mga halophilic na organismo ay may kakayahang mag-proliferating sa isang malawak na hanay ng mga konsentrasyon ng asin. Sa kabaligtaran, naiiba sila sa antas ng pagkaasinan na nagagawa nilang magparaya.

Ang antas ng pagpaparaya na ito, na nag-iiba sa pagitan ng mga napaka tiyak na konsentrasyon ng NaCl, ay nagsilbi upang uriin ang mga ito bilang matinding, katamtaman, mahina, at halotolerant halophiles.

Ang pangkat ng matinding halophiles ay kasama ang lahat ng mga organismo na may kakayahang mamuhay ng mga kapaligiran kung saan ang mga konsentrasyon ng NaCl ay lumampas sa 20%.

Sinusundan ito ng katamtamang halophiles na lumaki sa mga konsentrasyon na NaCl sa pagitan ng 10 at 20%; at mahina na halophiles, na ginagawa ito sa mas mababang konsentrasyon na nag-iiba sa pagitan ng 0.5 at 10%.

Sa wakas ang halotolerantes, ay mga organismo na may kakayahang suportahan ang mababang konsentrasyon ng asin.

Osmosis at kaasinan

Mayroong maraming iba't ibang mga prokaryotic halophiles na may kakayahang pigilan ang mataas na konsentrasyon ng NaCl.

Ang kakayahang pigilan ang mga kondisyon ng kaasinan na naiiba mula sa mababa, ngunit mas mataas kaysa sa mga na ang mga buhay na selula ay may kakayahang magparaya, sa mga sobrang sukdulan, ay nakuha dahil sa pagbuo ng maraming mga diskarte.

Ang pangunahing o sentral na diskarte ay upang maiwasan ang mga kahihinatnan ng isang pisikal na proseso na kilala bilang osmosis.

Ang kababalaghan na ito ay tumutukoy sa paggalaw ng tubig sa pamamagitan ng isang semi-permeable lamad, mula sa isang lugar na may mababang konsentrasyon ng mga solute sa isa na may mas mataas na konsentrasyon.

Dahil dito, kung sa extracellular na kapaligiran (kapaligiran kung saan nabuo ang isang organismo) mayroong mga konsentrasyon ng asin na mas mataas kaysa sa mga nasa cytosol nito, mawawalan ito ng tubig sa labas at mawalan ito ng tubig sa kamatayan.

Samantala, upang maiwasan ang pagkawala ng tubig na ito, nag-iimbak sila ng mataas na konsentrasyon ng mga solute (mga asin) sa kanilang cytoplasm upang mabayaran ang mga epekto ng osmotic pressure.

Ang mga diskarte sa agpang upang makayanan ang kaasinan

Halophilic bacteria. Sa pamamagitan ng Maulucioni batay sa mga larawan mula sa Commons, mula sa Wikimedia Commons.

Ang ilan sa mga estratehiya na ginagamit ng mga organismo na ito ay: ang synthesis ng mga enzyme na may kakayahang mapanatili ang kanilang aktibidad sa mataas na konsentrasyon ng asin, lila na lamad na nagpapahintulot sa paglago sa pamamagitan ng phototrophy, sensor na kumokontrol sa tugon ng phototactic tulad ng rhodopsin, at gas vesicle na nagtataguyod ng kanilang paglaki. paglutang.

Bilang karagdagan, dapat tandaan na ang mga kapaligiran kung saan lumalaki ang mga organismo na ito, na lumilikha ng panganib para sa kanilang kaligtasan. Samakatuwid, bumuo sila ng iba pang mga diskarte na inangkop sa mga kundisyong ito.

Ang isa sa mga nagbabago na kadahilanan ay ang konsentrasyon ng mga solute, na hindi lamang mahalaga sa mga kapaligiran ng hypersaline, ngunit sa anumang kapaligiran kung saan ang pag-ulan o mataas na temperatura ay maaaring magdulot ng desiccation at dahil dito ang mga pagkakaiba-iba sa osmolarity.

Upang makayanan ang mga pagbabagong ito, ang mga halophilic microorganism ay nakabuo ng dalawang mekanismo na nagpapahintulot sa kanila na mapanatili ang isang hyperosmotic cytoplasm. Ang isa sa kanila ay tinawag na "salt-in" at ang iba pang "salt-out"

Ang mekanismo ng salt-in

Ang mekanismong ito ay isinasagawa ng Archeas at Haloanaerobiales (mahigpit na anaerobic katamtaman na halophilic bacteria) at binubuo sa pagtaas ng panloob na konsentrasyon ng KCl sa kanilang cytoplasm.

Gayunpaman, ang mataas na konsentrasyon ng asin sa cytoplasm ay humantong sa kanila na gumawa ng mga pagbagay ng molekular para sa normal na paggana ng mga intracellular enzymes.

Ang mga pagbagay na ito ay karaniwang binubuo ng synthesis ng mga protina at mga enzyme na mayaman sa acidic amino acid at mahirap sa hydrophobic amino acid.

Ang isang limitasyon para sa ganitong uri ng diskarte ay ang mga organismo na nagsasagawa nito ay may mahinang kapasidad na umangkop sa biglaang mga pagbabago sa osmolarity, paghihigpit sa kanilang paglaki sa mga kapaligiran na may napakataas na konsentrasyon sa asin.

Ang mekanismo ng salt-out

Ang mekanismong ito ay ginagamit ng parehong halophilic at non-halophilic bacteria, bilang karagdagan sa katamtamang halophilic methanogenic archaea.

Sa ito, ang halophilic microorganism ay gumaganap ng balanse ng osmotic gamit ang maliit na organikong mga molekula na maaaring synthesized ng ito o kinuha mula sa daluyan.

Ang mga molekulang ito ay maaaring maging mga polyol (tulad ng gliserol at arabinitol), mga asukal tulad ng sucrose, trehalose o glucosyl-glycerol o amino acid at derivatives ng quaternary amines tulad ng glycine-betaine.

Ang lahat ng mga ito ay may mataas na solubility sa tubig, walang singil sa physiological pH at maaaring maabot ang mga halaga ng konsentrasyon na nagpapahintulot sa mga microorganism na mapanatili ang balanse ng osmotic na may panlabas na kapaligiran nang hindi nakakaapekto sa paggana ng kanilang sariling mga enzymes.

Bilang karagdagan, ang mga molekulang ito ay may kakayahang magpatatag ng mga protina laban sa init, desiccation o pagyeyelo.

Aplikasyon

Ang mga halophilic microorganism ay lubhang kapaki-pakinabang para sa pagkuha ng mga molekula para sa mga layunin ng biotechnological.

Ang mga bakteryang ito ay hindi naglalahad ng mga pangunahing paghihirap na malilinang dahil sa mababang mga kinakailangan sa nutrisyon sa kanilang media. Ang kanilang pagpaparaya sa mga mataas na konsentrasyon sa asin ay nagpapaliit sa mga panganib ng kontaminasyon, na ginagawang mas kapaki-pakinabang ang mga alternatibong organismo kaysa sa E. coli.

Bilang karagdagan, sa pamamagitan ng pagsasama-sama ng kapasidad ng paggawa nito sa paglaban sa matinding mga kondisyon ng kaasinan, ang mga microorganism ay may malaking interes bilang isang mapagkukunan ng mga produktong pang-industriya, kapwa sa mga larangan ng parmasyutiko, kosmetiko at biotechnological.

Ilang halimbawa:

Mga Enzim

Maraming mga pang-industriya na proseso ang binuo sa ilalim ng matinding mga kondisyon, na nag-aalok ng isang patlang ng aplikasyon para sa mga enzymes na ginawa ng Extremophilic microorganism, na may kakayahang kumilos sa matinding halaga ng temperatura, pH o kaasinan. Kaya, ang mga amylases at proteases, na ginagamit sa molekula na biyolohiya, ay inilarawan.

Polymers

Katulad nito, ang mga halophilic bacteria ay gumagawa ng mga polimer na may surfactant at nagpapalabas ng mga katangian ng malaking kahalagahan sa industriya ng langis dahil nag-aambag sila sa pagkuha ng langis ng krudo mula sa subsoil.

Mga katugmang solute

Ang mga solute na naipon ng mga bakterya na ito sa kanilang cytoplasm ay may isang mataas na nagpapatatag at proteksiyon na kapangyarihan ng mga enzim, nucleic acid, lamad at kahit na buong mga cell, laban sa pagyeyelo, desiccation, heat denaturation at mataas na kaasinan.

Ang lahat ng ito ay ginamit sa teknolohiya ng enzyme pati na rin sa industriya ng pagkain at kosmetiko upang mapalawak ang buhay ng mga produkto.

Biodegradation ng basura

Ang mga bakterya ng halophilic ay may kakayahang magpanghina ng mga nakakalason na basura tulad ng mga pestisidyo, parmasyutiko, herbicides, mabibigat na metal, at mga proseso ng pagkuha ng langis at gas.

Mga Pagkain

Sa larangan ng pagkain ay nakikilahok sila sa paggawa ng toyo.

Mga Sanggunian

1. Dennis PP, Shimmin LC. Ebolusyonaryong pagkakaiba-iba at pagpili ng salinity-mediated sa halophilic Archaea. Microbiol Mol Biol Rev. 1997; 61: 90-104.
2. González-Hernández JC, Peña A. Ang mga diskarte sa pag-aangkop ng halophilic microorganism at Debaryomyces hansenii (halophilic lebadura). Latin American Journal of Microbiology. 2002; 44 (3): 137-156.
3. Oren A. Bionergetic na aspeto ng halophilism. Microbiol Mol Biol Pahayag 1999; 63: 334-48.
4. Ramírez N, Sandoval AH, Serrano JA. Halophilic bacteria at ang kanilang mga biotechnological application. Rev Soc Ven Microbiol. 2004; 24: 1-2.
5. Wood JM, Bremer E, Csonka LN, Krämer R, Poolman B, Van der Heide T, Smith LT. Osmosensing at osmoregulatory katugmang solutes akumulasyon ng bakterya. Comp Biochem Physiol. 2001; 130: 437-460.