嗜盐菌的嗜盐机制与应用前景.docx

嗜盐菌的嗜盐机制与应用前景摘要嗜盐菌能够在高盐环境下生存而一定浓度的盐又为菌体生长所必须。为了适应高浓度的盐环境嗜盐菌进化出了一系列独特的特征与机制如嗜盐菌的细胞壁没有肽聚糖细胞膜上有细菌视紫红质等。嗜盐菌是极具应用前景的微生物资源。例如视紫红质可以用来开发光学开关某些嗜盐古菌还可以用来降解塑料等。关键词嗜盐菌；高盐浓度；细菌视紫红质中图分类号：Q93文献标识码：A文章编号：1671-7597（2013）13-0009-021嗜盐菌的嗜盐机制1.1嗜盐菌的细胞壁1.1.1成分的特异性嗜盐菌细胞壁不含有肽聚糖却有富含酸性氨基酸的糖蛋白这些带有负电荷的氨基酸比如谷氨酸、天门冬氨酸等。这样在高盐浓度的溶液里面钠离子会结合在嗜盐菌的表面正好屏蔽掉这些氨基酸所带的负电荷。因此Na+对于嗜盐菌细胞壁的结构完整具有重要意义。1.1.2嗜盐菌细胞壁对一定盐浓度的依赖性嗜盐菌在高盐的溶液里钠离子会结合在嗜盐菌细胞壁表面屏蔽其所带的负电荷。当溶液中的钠离子不足或钠离子被稀释时蛋白质的负电荷部分就会互相排斥细胞壁会一块一块地破碎最终导致细胞裂解。1.2嗜盐菌的细胞膜1.2.1嗜盐菌细胞膜上的细菌视紫红质嗜盐菌细胞膜上含有与视觉中的视紫红质相类似的蛋白质被称为细菌视紫红质（bacteriorhodopsinbR）。细菌视紫红质有光驱动质子泵功能。细菌视紫红质中视黄醛分子的结构一般是全-反式（all-trans）但是在光照条件下视黄醛分子会发生13-顺式（13-cis）的结构异构化H+经中间形态泵出膜外最后细菌视紫红质返回初态B这样就完成了光循环。随着质子累积在膜的外表面质子驱动力增加直到膜两侧的质子差可以驱动膜上的ATP酶时ATP酶就可以开始ATP的合成。因此嗜盐菌可以利用光能进行低速增长使嗜盐菌更能适应一些能量不足的环境。1.2.2嗜盐菌细胞膜保钾排钠的功能嗜盐菌细胞质中的Na+离子的浓度并不高但是细胞质中的K+离子的浓度却很高可以高达7mol/L。这是由于某些嗜盐菌具有Na+/K+反向转运功能而这种功能是正是利用了光介导的H+质子泵它具有向外排放Na+和吸收和浓缩K+的能力。这样可以调节细胞内外的渗透压来对抗细胞外的高渗环境提高它的耐盐性。1.3嗜盐菌的细胞质1.3.1嗜盐菌细胞质维持胞内渗透压平衡的方法嗜盐菌主要依靠两条途径来维持胞内渗透压平衡其一是细胞中聚集无机盐离子如K+其二是聚集相容性物质如糖类、甜菜碱和四氢嘧啶等。嗜盐菌还能产生和积累一些相容性溶质既能帮助正常的细胞代谢活动又有助于平衡胞内外渗透压。比如在一种嗜盐外硫红螺菌（Ectothiorhodospirasp.）中发现环状氨基酸它在细胞内含量可达0.25mol/L约占胞内全部有机溶质的10%成为此类嗜盐菌的主要的渗透压调节剂有助于稳定和保护菌体内酶的活性使其能够在高盐浓度下正常生长。1.3.2嗜盐菌中酶与蛋白质的嗜盐机制高盐溶液会使普通蛋白质的水膜遭到破坏导致蛋白质间的疏水作用加强使蛋白质空间结构发生变换甚至失活变性。而在嗜盐菌的细胞质中却含有高浓度的钾离子。这些钾离子不仅能够调节胞内外渗透压的平衡也是嗜盐菌酶与蛋白质保持活性的条件。嗜盐菌的酶与普通蛋白质不同它在酶的表面引入了酸性氨基酸的残基。酸性氨基酸能在蛋白质和酶表面形成一层薄薄的水保持层阻止蛋白质分子与酶相互碰撞从而避免了它们之间的凝集。同时碱性氨基酸残基能与酸性氨基酸形成盐桥来消除盐离子的屏蔽效应。相反在低盐浓度下由于电荷的排斥作用酶和蛋白质就会变性失活。2嗜盐菌嗜盐机制的应用前景2.1细菌视紫红质在生物电子领域的应用细菌视紫红质的非线性光学性、瞬态光电响应性和光致变色性等都特别优秀因此它在很多方面都拥有广阔的前景比如生物芯片、神经网络、人工视网膜和光信息存储等领域都有发展前景。另外在太阳能利用方面利用bR蛋白质的质子泵作用可以研制天然的太阳能电池和对海水进行淡化。2.2利用嗜盐菌处理高盐度废水高盐度废水大量含有无机盐离子和有机物质。过高离子浓度对微生物生长有十分强烈的毒性因此高盐度废水给生物处理带来一定的难度。利用生物方法处理高浓度的污染物就必须用到嗜盐菌。大多数专家认为利用生物法处理高盐度废水在技术上是可行的因为在高盐环境中嗜盐菌对污染物的降解作用十分有效。而嗜盐菌对于盐度的高低十分敏感盐度对于嗜盐菌处理有机污染物的脱氮、除磷和降解都有或大或小的影响。因此想要用嗜盐菌处理高盐度废水的方法实施起来还需要在很多方面进一步的研究