Zelené sirné bakterie rodu Chlorobium jako perspektivní konsorcia pro syntézu glykogenu

Bc. Vít Procházka

Bachelor's thesis

Green sulfur bacteria Chlorobium genus as perspective consortium for glycogen synthesis

Abstract:

Fototrofní bakterie mají fotosyntézu odlišnou od eukaryot. Může být buď oxygenní, nebo anoxygenní. První typ je velmi podobný jako u rostlin a je charakteristický pro sinice. V této práci jsou analyzovány a popsány aktuální informace o anoxygenním typu fotosyntézy. Anoxygenní fotosyntézu mohou provádět zejména zástupci čeledí Chlorobiaceae (zelené sirné bakterie, GSB) a Chromatiaceae. Jako donor elektronů se při ní používá jiná sloučenina než voda, nejčastěji sirovodík. Tato práce je zaměřena na jednu z anoxygenních fototrofních skupin: GSB, které se vyskytují ve vodě nebo půdě v anoxických zónách s vysokými koncentracemi sirovodíku. V jejich buňkách se nacházejí speciální struktury zvané chlorozomy: váčky obalené lipidovou monovrstvou, v nichž se nacházejí fotosyntetické pigmenty a které slouží jako světlosběrná anténa. Zachycená energie je přenášena do reakčního centra a do elektrontransportního řetězce, v němž se transportují elektrony k ferredoxinu. Dále je zde diskutována asimilace oxidu uhličitého, která u GSB probíhá prostřednictvím reverzního cyklu trikarboxylových kyselin, a také asimilace organických kyselin. Tato práce se také zabývá mechanismy oxidace donorů elektronů, zejména s důrazem na sirovodík, který je oxidován na elementární síru. Kromě toho je zde analyzováno skladování síry a její případná další oxidace. Závěrem je, že GSB lze na základě jejich popsaných vlastností použít pro odsíření zemního plynu, bioplynu nebo odpadních vod.

Abstract:

Phototrophic bacteria have different photosynthesis from eukaryotes. It can be either oxygenic or anoxygenic. The first type is very similar to plants and is characteristic for cyanobacteria. In this thesis, recent information about the anoxygenic type of photosynthesis are analyzed and described. Anoxygenic photosynthesis can be performed especially by the members of the families Chlorobiaceae (green sulfur bacteria, GSB) and Chromatiaceae. In this type of photosynthesis, some other compound than water is used as electron donor, notably hydrogen sulfide. This thesis is focused on one of the anoxygenic phototrophic groups: the GSB which can be found in water or soil in anoxic zones with high concentrations of hydrogen sulfide. They have special structures in their cells called chlorosomes: vesicles enveloped in a lipidic monolayer where photosynthetic pigments are located and which serve as a light-collecting antennae. The captured energy is transmitted to the reaction center and to the electron-transport chain transporting electrons to ferredoxin. Moreover, carbon dioxide assimilation which is in GSB performed via the reverse tricarboxylic acid cycle is also discussed here, as well as organic acids assimilation. Furthermore, this thesis investigates the mechanisms of the electron donors oxidation, particularly emphasizing hydrogen sulfide, which is oxidized to elemental sulfur. Sulfur storage and its possible further oxidation is also analyzed. In conclusion, it is asserted that GSB can be applied for desulfurization of natural gas, biogas, or wastewater based on their described properties.

Keywords

zelené sirné bakterie, anoxygenní fotosyntéza, chlorozom, reduktivní cyklus trikarboxylových kyselin, odsiřování, mikrobiální elektrochemické články, green sulfur bacteria, anoxygenic photosynthesis, chlorozome, reductive tricarboxylic acid cycle, desulfurization, microbial electrochemical cells

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 4. 1. 2024

Thesis defence

• Date of defence: 14. 2. 2024
• Supervisor: doc. Ivan Kushkevych, Ph.D.
• Reader: doc. Dani Dordević, MSc., Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Science

Bachelor programme / field:
Experimental and Molecular Biology / Microbiology