Механизм ассимиляции ацетата у пурпурных несерных бактерий, не имеющих глиоксилатного шунта

Цикл трикарбоновых кислот и глиоксилатный шунт являются центральными механизмами осуществляющими конечные стадии окисления органических веществ и являются источником строительных блоков для синтеза белка и других структурных компонентов клеток — животных, растений и бактерий.

Эти ферментные системы относятся к числу наиболее изученным. Однако, несмотря на это, в последнее время, были открыты варианты модификаций цикла трикарбоновых кислот — восстановительный цикл трикарбоновых кислот, функционирующий у зеленых серных бактерий и некоторых архей. Метилцитратный путь, используемый при окислении пропионата, функционирующий у многих прокариот, и многочисленные варианты редуцированного цикла трикарбоновых кислот, функционирующие у фотои хемолитотрофных бактерий. Тем не менее, до последнего времени, вне поля зрения исследователей оставался феномен существования бактерий, способных расти на ацетате, используя его в качестве единственного источника углерода и энергии, не обладая при этом полной системой ферментов глиоксилатного шунта, что является обязательным при утилизации ацетата. Такие бактерии встречаются в различных таксономических группахбактерий и грибов. В конце прошлого века была открыта новая анаплеротическая последовательность, выполняющая функцию глиоксилатного шунта — цитрамалатный цикл. Существование данного цикла показано для несерных пурпурных бактерий Rhodospirillum rubrum, элементы этого цикла обнаружены так же у несерных зеленых бактерий, Chloroflexus aurantiacus. Целью данной работы было изучить возможность функционирвания данного цикла у других представителей фототрофных бактерий, что важно для выяснения путей эволюции углеродного метаболизма архей и бактерий.

1. Обзор литературы.

1.1. Общая характеристика фототрофных микроорганизмов.

Бактерии, способные использовать свет как источник энергии, необходимой для роста, получили название фототрофов. Известно, что на ранних стадиях развития биосферы именно прокариотические организмы были ответственны за глобальную фототрофную фиксацию углерода. Сегодня высшие растения являются основными первичными продуцентами биосферы. Напротив, биомасса морских первичных производителей очень низка (0.2%). Однако, оборот биомассы морских фотосинтетических микроорганизмов — приблизительно 700 раз быстрее, чем таковой высших растений. Таким образом, морские фотосинтетические организмы вносят значительный вклад общую продуктивность (55 109 тонн сухой биомассы/год" 1, или 44% от общей продуктивности). Поскольку биомасса цианобактриального фитопланктона может составлять до 67% от океанского планктона, их вклад в фотосинтез в морской воде может составлять до 80% (Campbell, Nolla et al., 1994).

Все прокариоты, осуществляющие фотосинтез, принято подразделять на следующие группы:

Пурпурные бактерии.

Эритробактреии и другие аэробные бактерии, образующие бактериохлорофилл а.

Зеленые бактерии.

Гелиобактерии.

Прохлорофиты.

Цианобактерии.

Галобактерии.

При этом все известные фототрофные микроорганизмы используют два функциональных и взаимно исключающих принципа для преобразования света в химическую энергию. Системы на основе хлорофилла широко распространены среди членов царства бактерии и состоят из светособирающих пигментов и реакционных центров (РЦ). Поток электронов по цепи переносчиков на определенных этапах сопряжен с направленным перемещением протонов через мембрану, что приводит к созданию протонного градиента, используемого для синтеза АТФ. Напротив, система основанная на каротиноидбелковом комплексе — бактериородопсине и найденная у бактерий входящих в группу Архей (галобактерии), не связана с переносом электронов по цепи переносчиков. Здесь, в результате работы протонной помпы, возникает градиент концентрации Н+, достигающий 200 мВ, в создании которого участвуют электрический и химический компоненты. В обеих системах, фотосинтетическое преобразование энергии в конечном счете кончается формированием богатых энергией химических связей.

В последнем издании руководства Bergey’s (Bergey's manual of systematic bacteriology, 2001), царство (домен) Bacteria (Pfennig, 1989) разделено на ряд фил (phyla) в соответствии с данными, полученными в результате анализа 16S рРНК и других молекулярно-биологических исследований. Следует отметить, что данные по изучению нуклеотидных последовательностей 16S рРНК, а так же ДНК-РНК гибридизации свидетельствуют об искусственности существующей классификации, так как многие фототрофные микроорганизмы оказались филогенетически более близкими с некоторыми хемототрофами, чем между собой (Phillips, 1972).Фототрофные представители найдены в нескольких различных филах. Пурпурные бактерии и аэробные бактериохлорофилл^{-образующие} фототрофные бактерии включены в филу Proteobacteria, которая подразделяется на четыре подкласса. Два семейства пурпурных серобактерий (Chromatiaceae, Ectothiorhodospiraceae) оказались филогенетически более близки и вошли в уProteobacteria. Большая часть исследованных пурпурных несерных бактерий относится к aProteobacteria и лишь представители родов Rhodocyclus, Rubrivivax, и Rhodoferax — к Proteobacteria. Зеленые несерные бактерии (нитчатые аноксигенные фототрофные бактреии) отнесены в филу Thermomicrobia (класс Chloroflexi), зеленые серобактреии — в филу Chlorobi, гелиобактерии (семейство Heliobacteriaceae) относятся к бактериям с неясным систематическим положением, близки к грамположительным бактериям группы Bacillus/Clostridium (рис.1).

Способность к фотосинтетическому преобразованию энергии на основе хлорофилла, была обнаружена в пяти группах бактерий: зеленых нитчатых бактерий относящихся к семействам Chloroflexaceae и Oscillochloridaceae, зеленые серные бактерии, Proteobacteria, Cyanobacteria, и Heliobacteriaceae (табл.1). За исключением Cyanobacteria, эти фототрофные бактерии осуществляют аноксигенный фотосинтез, который не сопровождается фотохимическим расщеплением воды и поэтому не ведет к образованию молекулярного кислорода. Основываясь на их фенотипических признаках, аноксигенные фототрофные бактерии был разделены на пять семейств: Rhodospirillaceae, Chromatiaceae, Ectothiorhodospiraceae, Chlorobiaceae, и Chloroflexaceae.

В пределах семейства Chloroflexaceae находятся предстатели трех родов: Chloroflexus, Chloronema и Heliothrix. Все три — термофилы и растут фотоорганогетеротрофно. Род Oscillochloris, ранее относимый к этому же семейству, был выделен в отдельное семемйство Oscillochloridaceae (Keppen, et al., 2000). Проведенное секвенирвание 16S рДНК у представителей рода Chloronema показало, что данная бактерия так же относится к Oscillochloridaceae, а не к Chloroflexaceae (Gich et al., 2000).

Зеленые серные бактерии (см. Семейство Chlorobiaceae) представляют изолированную группу. Они являются строгими фотолитотрофами. У зеленых бактерий основная масса светособирающих пигментов находиться в особых структурах (хлоросомах), прикрепленных к поверхности мембраны, но не являющихся ее компонентом (рис. 2). Особенность этой группы, то, что при окислении сульфида, элементная сера откладывается внутри клеток. Другая типичная особенность этой группы — самая ограниченная физиологическая гибкость.

Класс Proteobacteria, а — и p-Proteobacteria включает фотосинтетических представителей (называемые пурпурными несерными бактериями), которые не формируют отдельной филогенетической группы. Характерно, члены из этих двух групп показывают высокую метаболическую многосторонность и способны к фотоорганотрофному, фотолитоавтотрофному и хемоорганотрофному росту. Фотосинтетические пигментыбактериохлорофил, а или b и разнообразные каратиноиды (табл.1). Светособирающие пигменты, РЦ и компоненты электрон-транспортной цепи в виде комплексов с белками интегрированы в мембраны (рис. 2).

Семейство Heliobacteriaceae. К гелиобактериям принято относить все виды фототрофных бактерий, содержащие бакетриохлорофилл g (табл.1) — другие бактериохлорофилы у них не обнаружены. Их фотосинтетический аппарат организован наиболее просто среди других фототрофов: все его компоненты находяться в ЦПМ, реакционные центры относятся к FeS-типу (Olson and Pierson, 1987), (Vermaas, 1994).

Для этих микроорганизмов предпочтительна фотогетеротрофия. Хотя могут расти и как облигатные фототрофы, так и осуществлять рост в темноте в анаэробных условиях в присутствии пирувата (Kimble and Madigan, 1992).

Рисунок 1. Филогенетическое дерево прокариот.

Таблица 1. Особенности фотосинтезирующего аппарата у разных групп фототрофных бактерий.

Таксон Тип питания Светособирающие центры Тип реакционного центра.

Cloroflexus (3) Аноксигенные БХл с, кар. Реакц. центр П-го фотоорганогетеротрофы типа.

Аэробная хемоорганотрофия ;

Зеленые серные (15) Аноксигенные ХлорБХл cldle, кар. Реакц. центр 1-го бактерии фотолитотрофы типа a-Proteobacteria (31) Аноксигенные вкмБХл aid, кар. Реакц. центр П-го фотоорганогетеротрофы типа.

Аэробные хемоорганогетеротрофы a-Proteobacteria (23) Аэробные БХл, а Реакц. центр Н-го аэробный хемооргангетеротрофы типа фотосинтезе).

P-Proteobacteria (4) Аноксигенные вкмБХл а, кар Реакц. центр Н-го фотоорганогетеротрофы типа.

Аэробные хемооргангетеротрофы.

Chromatiaceae (31) Аноксигенные вкмБХл alb, кар Реакц. центр Н-го.

Ectothiorhodospiraceae (9) фотолитоавтотрофы типа.

Hel iobacteriacea (5) Аноксигенные БХл g, кар Реакц. центр 1-го фотоорганогетеротрофы типа.

Cyanobateria Оксигенные тилХлф, а +ФБС Реакц. центр I+IIфотол итоавтотрофы или Хлф b или Хлф dкар го типа тилХлф а/в кар.

Prochloron, (2) тилХлф а^в2 кар (ФБС).

Prochlorothrix тилХлф a, d, кар (ФБС).

1).

Prochlorococcus.

1).

Acaryochloris.

Halobacteria (3) Аэробные Пурпурная мембранабактериородопси хемоорганогетеротрофы бактериородопсин н.

Примечание: БХл-бактериохлорофил, кар. — каратиноиды, Хлф — хлорофилл, хлорехлоросомы, вкм — внутриклеточные мембраны, ФБС — фикобилисомы, тил. — тилакоиды т.

Использование различных типов пигментов разными группами фототрофных бактерий позволяет им поглощать свет в разных областях спектра и определяет возможность распространения фототрофных микроорганизмов.

Поскольку данная работа выполнялась с использованием пурпурных несерных бактерий, то необходимо отметить, что основной акцент в обзоре литературы в дальнейшем, будет сделан именно на описании физиологии и метаболизма пурпурных несерных бактерий.

Пурпурные бактерии. В настоящее время известно около 70 видов пурпурных бактерий, распределенных по 33 родам. Первоначально все эти микроорганизмы были разделены на два семейства, на основании их способности окислять сероводород и накапливать при этом в клетках серу. В дальнейшем они были разделены на три семейства: Rhodospirillaceae (пурпурные несерные бактерии), а пурпурные серобактерии образуют два семейства: Ectothiorhodospaceae и Chromatiaceae. Относящиеся к ним виды способны окислять сероводород до молекулярной серы, а затем использовать ее с образованием сульфатов. При этом бактерии семейства Chromatiaceae могут накапливать молекулярную серу в клетках, как промежуточный продукт окисления сероводорода, а представители семейства Ectothiorhodospiraceae откладывают серу в среде. Исключение составляет ф бактерия Thiorhodospira sibirica, семейства Ectothiorhodospaceae. Эта бактерия откладывает серу в периплазматическом пространстве (Gerritse and Gottschal, 1993), (Bryantseva, et al., 1999).

По морфо-физиологическим признакам пурпурные бактерии довольно разнообразная группа. Здесь есть как подвижные, так и неподвижные формы. Подвижность определяется наличием полярно или субполярно расположенных жгутиков. Некоторые виды имеют и латеральное расположение жгутиков, a Rhodomicrobium vannielii относится к перитрихам. Наименьшими размерами (в диаметре — 0,3−0.7 мкм) обладают представители рода Rhodocyclus, наибольшими некоторые представители семейства Chromatiaceae. (3,5−4,5 мкм). Большинство видов бактерий размножается в результате бинарного деления клетки. Лишь у представителей рода Rhodopseudomonas и Rhodomicrobium имеет место почкование.

Способность пурпурных бактерий к фотосинтезу определяется наличием бактериохлорофиллов айв, длинноволновые максимумы поглощения которых находятся в инфракрасной области спектра (от 830 до 1035 нм). Помимо хлорофиллов пурпурные бактерии содержат каротиноиды (Bentley and Thiessen, 1957). У пурпурных бактерий это в.

Бактерии.

Структура фотохимического аппарата.

Heliobacteriaceae.

Зеленые серные бактерии.

Chloroflexus sp.

Heliothrix oregonensis.

Proteobacteria.

Cyanobacteria т РЦ тип 1 о РЦ тип II Хлоросома.

• ССА тип 1 $ ССА тип II.

Фикобилисома.

Мембранные структуры содержащие фотохимический аппарат.

Prochloron.

Бактерии.

Цианобактерии.

Рисунок 2. Строение фотосинтезирующего аппарата фототрофных прокариот. основном алифатические соединения, содержащие гидроксильные, метоксильные и (или) кетогруппы. К ним относятся спириллоксантин, родопин, родопинал, сфероиден.

Фотосинтезирующий аппарат пурпурных несерных бактерий локализован во внутрицитоплазматических мембранах (ВЦПМ) имеющих форму везикул, ламелл или трубочек. Строение ВЦПМ имеет систематическое значение. Фотосинтезирующий аппарат состоит из реакционного центра и включает переносчики электронов, образующих электронтранспортную цепь. В ее состав входят цитохромы типов с и Ь, убихиноны, родоили менахиноны, а также флавины (Tholozan, et al., 1990). Поскольку редокс-потенциал хинона, входящего в РЦ пурпурных бактерий (Ео'"-50 мВ), более положителен, чем у НАД (Ео'"-320 мВ), синтез восстановителя (НАДН) осуществляется с помощью обратного переноса электронов. Флавины пурпурных бактерий в основном находятся в форме флавинмононуклеотида (ФМН) и флавинадениндинуклеотида (ФАД). Присутствуют также ферредоксины (Bandell, et al., 1997). Отдельные виды способны к синтезу цитохрома типа а.

Пурпурные несерные бактерии — аноксигенные фототрофные бактерии, растущие фототрофно в аэробных условиях на свету. Все виды способны расти фотогетеротрофно с использованием органических субстратов как доноров электронов и материала для построения вещества клеток. Многие представители могут расти фотоавтотрофно, • используя в качестве доноров электронов серу или водород. Большинство известных видов пурпурных несерных бактерий — факультативные хемотрофы. Хемогетеротрофный рост в присутствии кислорода является общим практически для всех пурпурных несерных бактерий. Но вместе с тем, некоторые виды являются чувствительными к кислороду, а другие хорошо растут и в аэробных условиях в темноте. Для некоторых видов был показан хемоавтотрофный рост (Madigan and Gest, 1979).

Большинство пурпурных несерных бактерий могут расти в темноте, переключаясь с фотосинтеза на получение энергии в результате анэробного дыхания, брожения или, чаще аэробного дыхания. Некоторые виды серных бактерий способны расти в темноте, не только на органических средах, но и в хемолитоавтотрофных условиях. К ним относятся Т. roseopersicina, Chromatium vinosum, С. minus (Imhoff, 1995, Кондратьева, 1996).

В случае анаэробного дыхания многие несерные бактерии используют в качестве акцепторов электронов нитраты, нитриты, азотистую окись, диметилсульфоксид (ДМСО) или триметиламин — N — оксид (ТМАО) (Ferguson, et al., 1987). Единственный вид, Rhodobacter sphaeroides, вначале идентифицированный как подвид Rba. sphaeroides f. denitrificans (Satoh, et al., 1976), но позже отнесенный к виду Rba. sphaeroides (DeBont, ф etal., 1981, Imhoff, 1989, Imhoff, 1995) была первой пурпурной несерной бактерией, для которой было показано, что она может использовать нитрат как акцептор электронов при росте в темноте в анаэробных условиях. Позднее, способность к денитрификации была обнаружена и у некоторых других пурпурных несерных бактерий, например Rhodopseudomonas. palustris (Klemme, et al., 1980) и у Rba. capsulatus (McEwan, etal., 1984). Ни один из этих видов не может использовать нитрат как единственный источник азота, но образующийся в процессе динитрификации молекулярный азот может быть использован как источник азота (Dunstan, et al., 1982).

При отсутствии экзогенных акцепторов электронов, пурпурные несерные бактерии могут сбраживать различные субстраты. Продуктами брожения, помимо СОг и Нг являются различные органические кислоты (Uffen, 1978). Rhodospirillum rubrum может продуцировать сукцинат, ацетат, пропионат, формиат, СО2 и Н2 во время сбраживания фруктозы. При сбраживании пирувата образуется ацетат и формиат (Schultz and Weaver, 1982).

У разных видов пурпурных бактерий возможности использовать различные источники углерода, часто не одинаковы. Большинство пурпурных серных бактерий и значительное число пурпурных несерных бактерий, могут расти в автотрофных условиях. Часть серобактерий, таких как С. okenii, C. buderi, Т. roseopersicina штамм BBS являются облигатными автотрофами (Corzo and Tatum, 1953, Kondratieva, et al., 1981). Они щ используют небольшое число органических субстратов лишь в качестве дополнительных источников углерода.

В зависимости от условий, при которых растут пурпурные несерные бактерии, органические углеродные соединения могут выполнять различные функции. В фототрофных условиях, углеродные соединения используются прежде всего как источник клеточного углерода, но кроме того, могут использоваться и как источник электронов для фотосинтетического транспорта электронов. В присутствии неорганических доноров электронов они могут фотоассимилироваться как дополнительный источник углерода. Если получение энергии идет за счет дыхания, то основная часть углеродных соединений полностью окисляется. Окисление данных соединений происходит в результате вовлечения реакций цикла трикарбоновых кислот (Beatty and Gest, 1981).

Большинство пурпурных несерных бактерий способно использовать разнообразные органические углеродные соединения. В первую очередь это органические кислоты, являющиеся промежуточными звеньями цикла трикарбоновых кислот, ацетат и пируват. Кроме того, рост пурпурных бактерий могут поддерживать другие органические кислоты, аминокислоты, спирты, углеводы. Многие виды могут использовать насыщенные жирные ф кислоты с длиной цепи 5−18 атомов углерода (Janssen and Harfoot, 1987). Некоторые органические соединения могут использоваться лишь ограниченным количество видов, например, цитрат используется лишь Rps. acidophila, Rhodocyclus gelatinosus, Rba. sphaeroides, Rps. viridis и Rps. palustris. Некоторые виды способны использовать ароматические соединения, такие как, бензоат, 3-гидроксибензоат, 4-гидроксибензоат и 1,3,5-тригидроксибензоат (Dutton and Evans, 1978), а так же фенол, дигидрокарбоксилированные и метоксикарбоксилированные ароматические кислоты (Harwood and Gibson, 1988, Gibson and Harwood, 1995).

Глюкоза и фруктоза потребляется практически всеми видами пурпурных несерных бактерий. Многие виды могут расти на этих субстратах как хемотрофно, так и фототрофно, но пути использования этих углеводов могут быть различными в зависимости от условий роста. К примеру, Rba. sphaeroides как в фототрофных условиях, так и в хемотрофных, метаболизирует глюкозу через путь Энтнера-Дудорова. Если в качестве источника углерода используется фруктоза, то при росте Rba. sphaeroides в хемотрофных условиях данный сахар метаболизируется через путь Энтнера-Дудорова. Если бактерия растет фототрофно, то фруктоза расщепляется в основном через путь Эмдена-Мейергофа (Conrad and Schlegel, 1977).

Ацетат ассимилируется практически всеми пурпурными несерными бактериями, при этом у пурпурных бактерий наблюдается большое разнообразие путей использования этого соединения. У многих бактерий первичная реакция метаболизма ацетата — это АТФ зависимое формирование ацетил-СоА, который является субстратом для дальнейших реакций. У большинства пурпурных бактерий присутствуют два дополнительных фермента, необходимых для использования ацетата — малатсинтаза и изоцитратлиаза (глиоксилатный цикл). Однако у некоторых видов, таких как Rba. sphaeroides, Rsp. rubrum и других, отсутствует один из ферментов глиоксилатного шунта, изоцитратлиаза. Более подробно метаболизм ацетата у фототрофных несерных бактерий будет рассмотрен в главе 1.2.2 «Гетеротрофный метаболизм» .

Одноуглеродные соединения, такие как метанол, СО, формиат могут использоваться довольно небольшим количеством видов пурпурных несерных бактерий. Хороший рост на метаноле наблюдался лишь у вида Rps. acidophila (Douthit and Pfenning, 1976). Очевидно, что рибулозо-бисфосфатный путь вовлечен в ассимиляцию углерода у Rps. acidophila во время роста на метаноле или формиате. Оба субстрата здесь выступают в качестве доноров электронов (Quale and Pfenning, 1975, Sahm, et al., 1976). Rubrivivax gelatinosus может расти анаэробно в темноте, используя в качестве единственного источника углерода и энергии окись углерода. В этих условиях СО трансформируется в СОг и Нг. Образующийся СОг ассимилируется далее через цикл Кальвина (Uffen, 1983). Rsp. rubrum способен ассимилировать СО в фототрофных анаэробных условиях окисляя его до СОг через СО дегидрогеназу, чувствительную к кислороду (Bonam et al., 1989).

Большинству пурпурных несерных бактерий не требуются восстановленные соединения серы. В качестве источника серы они могут использовать сульфат. Сульфид, даже в низких концентрациях ингибирует рост многих пурпурных несерных бактерий. Однако некоторые виды могут использовать сульфид как донор электронов и их толерантность к этому соединению достаточно высока (Hansen and Imhoff, 1985, Imhoff, 1983a). Например, Rba. sulfidophilus обладает высокой устойчивостью к сульфиду и сопоставима с таковой у С. vinosum. Rm. vannielii выдерживает концентрации сульфида 23 мМ, в то время как рост Rba. capsulatus полностью прекращается при концентрации 2 мМ (Hansen and Gemerden, 1972).

Ни одна из пурпурных несерных бактерий, способных использовать сульфид как донор электронов, не накапливают элементарную серу (продукт окисления сульфида) внутри клетки, как это свойственно для серобактерий. Появление внеклеточной элементарной серы — заключительный этап окисление сульфида у Rba. sphaeroides, Rsp. rubrum, Rba. capsulatus (Hansen and Gemerden, 1972) и у Rsp. mediosalinum (Kompantseva and Gorlenko, 1984). У видов Rba. sulfidophilus, Rps. palustris, и Rps. sulfoviridis сульфид окисляется до сульфата без образования в качестве Ф промежуточного продукта элементарной серы (Hansen and Gemerden, 1972, Neutzling, et al., 1984). Кроме того, внеклеточная элементарная сера может являться промежуточным продуктом окисления сульфата, как это наблюдается у Rba. veldkampii, Rba. adriaticus и Rba. euryhalinus (Hansen and Imhoff, 1985, Neutzling, et al., 1984, Kompantseva, 1985, Brune, 1995, Glaeser and Overmann, 1999).

Многие пурпурные бактерии окисляют молекулярный водород, а некоторые в качестве единственного донора электронов при фотосинтезе используют соли двухвалентного железа (Ehrenreich and Widdel, 1994, Heising and Schink, 1998, Straub, et al., 1999).

Предпочтительным источником азота для большинства пурпурных бактерий является аммоний. Мочевину, аминокислоты используют некоторые виды как серных, так и несерных бактерий. Способность к ассимиляционной нитратредукции обнаружена у ограниченного числа видов (Т. roseopersicina, Ectothiorodospira shaposhnikovii, Rba. capsulatus, Rba. sphaeroides). Но рост с нитратом у этих бактерий значительно хуже, чем с другими источниками азота (Кондратьева, 1996). Ассимиляция нитратов ингибируется в присутствии ионов аммония и глутамата. Некоторые бактерии могут Ф использовать в качестве источника азота и нитриты. Кроме того, в качестве источника азота могут использоваться отдельными видами такие соединения как пептон, гидролизат казеина, различные пурины, пиримидины, а так же мочевая кислота. В анаэробных и микроаэробных условиях, при отсутствии других источников азота большинство пурпурных бактерий могут фиксировать молекулярный азот на свету и в TeMHOTe.(Winskill, 1983). Исключение составляют лишь некоторые виды Chromatium, Thiocystis sp. и Rhodocyclus purpureus.

Запасные вещества пурпурных бактерий — полифосфаты, поли-Р-гидроксибутират, у некоторых видов — глюкан типа гликогена.

Экологичесике ниши фототрофных а-протеобактерий, те анаэробные части вод и отложений, которые получают достаточное количество света, позволяющее осуществлять фототрофное развитие. Представители пурпурных несерных бактерий широко распространены в природе и были обнаружены в озерах, водоемах сточных вод, прибрежных лагунах и других водных средах обитания, а так же в сырых почвах и на полях. При этом, как правило, пурпурные несерные бактерии предпочитают среды с значительными количествами растворенного органического материала и низкой концентрацией кислорода. Они редко образуют цветные пятна, подобно тем, которые образуют серные бактерии. Однако их часто обнаруживают как спутники пурпурных серных бактерий в стратифицированных матах.

Большинство пурпурных несерных бактерий были выделены из пресноводных водоемов, но так же они встречаются в морской воде, и в областях, прилегающих к гиперсолончикам. Самое большое разнообразие видов было найдено в отложениях и воде эутрофных водоемов.

Пурпурные несерные бактерии, выделенные из пресных вод, имеют очень низкую устойчивость к сульфиду, в то время как толерантность к сульфиду у большинства морских изолятов намного выше, а многие даже используют сульфид и тиосульфат как донор электронов при фотосинтезе. Хотя некоторые виды, выделенные из морских сред обитания (Rps. palustris, и Rh. vannielii), не относятся к морским бактериям и не требуют соли для оптимального роста, большинство пурпурных несерных бактерий, найденных в морских средах обитания — типичные морские бактерии и не найдены в пресноводных средах обитания (Imhoff, 1988а). Морские формы включают виды родов Rhodovulum и Rhodobium (Neutzling, et al., 1984, Kompantseva, 1985, Imhoff, 1983a). Такой вид как Roseospira mediosalina был изолирован из горячего источника с низкими концентрациями соли (2%) и рост этой бактерии оптимален при 5−7% NaCl ((Kompantseva and Gorlenko, 1984).

Представители пурпурных несерных бактерий не достигают высокой численности в природных условиях, видимо, потому, что конкурируют за органические субстраты с хемоорганогетеротрофными микроорганизмами. В условиях стабильного анаэробиоза они менее конкурентоспособны по сравнению с пурпурными серобактериями.

Выводы.

1. Анаплеротической последовательностью, используемой Rba. sphaeroides для ассимиляции ацетата в качестве единственного источника углерода и электронов является цитрамалатный цикл. Конверсия ацетата до глиоксилата у Rba. sphaeroides осуществляется в результате функционирования следующей последовательности реакций: ацетил-СоА + пируват —* цитрамалат —> мезаконат —> мезаконил-СоА —* 3-метилмалил-СоА —* глиоксилат + пропионил-СоА.

2. Регенерация пирувата из пропионил-СоА у Rba. sphaeroides, так же как и у Rsp. rubrum, происходит в результате функционарования следующей последовательности реакций: пропионат (+СО2)—>сукцинат —" фумарат —> малат —" оксалоацетат —> пируват.

3. Несмотря на участие в ЦМ-цикле пропионил-СоА карбоксилазы бикарбонат не стимулирует ассимиляцию ацетата. Причиной отсутствия стимулрующего действия бикарбоната на рост и ассимиляцию ацетата у Rba. sphaeroides является высокая скорость выделения СО2 в процессе метаболизма ацетата и наличие у клеток слизистой капсулы. Это позволяет Rba. sphaeroides накапливать в среде и в клетках концентрацию бикарбоната достаточную для эффективного функционирования пропионил-СоА карбоксилазы — лимитирующего этапа ЦМ-цикла.