[科普中國(guó)]-超嗜熱古生菌

簡(jiǎn)介

超嗜熱古生菌分布在地?zé)釁^(qū)熾熱的土壤或含有元素硫、硫化物的熱的水域中。由于生物氧化作用，富硫的、熱的水體及其周?chē)h(huán)境往往呈現(xiàn)酸性，pH值為5左右，有的可低于1。但是，主要的超嗜熱古生菌多棲息在弱酸性的高熱地區(qū)。絕大多數(shù)的超嗜熱古生菌專性厭氧，以硫作為電子受體，進(jìn)行化能有機(jī)營(yíng)養(yǎng)或化能無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)的厭氧呼吸產(chǎn)能代謝。超嗜熱古生菌是古生菌界中能在100℃以上的溫度環(huán)境中生活的嗜熱微生物。嗜熱古生菌是指能在高溫環(huán)境下旺盛生長(zhǎng)、繁殖的一類細(xì)菌。超嗜熱古生菌的最適生長(zhǎng)溫度約為80℃，80℃以下即失活。所以極端嗜熱菌主要生活在熱泉、堆肥、火山口、深海火山噴口附近或其周?chē)鷧^(qū)域等高溫環(huán)境中，且其生存的最適溫度都較高。這種溫度范圍不僅對(duì)高等動(dòng)植物是致死溫度，就是對(duì)耐熱的真細(xì)菌來(lái)說(shuō)，也是不能存活的溫度。1

細(xì)胞膜的耐熱機(jī)制超嗜熱古生菌的細(xì)胞膜隨溫度的升高而發(fā)生變化，使其適應(yīng)高溫的環(huán)境：膜上原本主要有類異戊烯二脂組成并以醚鍵連接甘油的雙層類脂發(fā)生結(jié)構(gòu)重排，使膜成為兩面都是親水基的單層脂，避免了雙層膜在高溫下變性分開(kāi)，并且保持了完整的疏水內(nèi)層結(jié)構(gòu)；膜中還存在環(huán)己烷型脂肪酸，在高溫下這種脂肪酸鏈的環(huán)化能促使二醚磷脂向四醚磷脂轉(zhuǎn)變，鞏固膜的穩(wěn)定性，使其耐受高溫；不飽和脂肪酸的含量降低，長(zhǎng)鏈飽和脂肪酸和分支脂肪酸的含量升高，形成更多的疏水鍵，增加了膜的穩(wěn)定性，提高機(jī)體抗熱能力。此外，細(xì)胞膜中糖脂含量增加也有利于提高細(xì)菌的抗熱能力形成更多的疏水鍵，從而進(jìn)一步增加膜的穩(wěn)定性。1

嗜熱酶的耐熱機(jī)制在80℃以上環(huán)境中能發(fā)揮功能的酶稱為嗜熱酶。嗜熱酶對(duì)不可逆的變性有抗性，并且在高溫下（60~120℃）具有最佳活性。嗜熱酶在高溫環(huán)境中由以下機(jī)制保持其穩(wěn)定性1：

動(dòng)態(tài)平衡學(xué)說(shuō)是最初的解釋其機(jī)制的學(xué)說(shuō)。有人認(rèn)為嗜熱菌的許多酶在高溫下分解—再合成循環(huán)進(jìn)行得非常迅速，只要酶在這段很短的循環(huán)過(guò)程中有活性，細(xì)胞內(nèi)的這種酶活性就能保持一定水平，這就是動(dòng)態(tài)平衡學(xué)說(shuō)。

其他促進(jìn)酶穩(wěn)定性的因素包括化學(xué)修飾、多聚物吸附及酶分子內(nèi)的交聯(lián)也可提高蛋白的熱穩(wěn)定性。嗜熱蛋白酶離子結(jié)合位點(diǎn)上所結(jié)合的金屬離子（如Cu、Mg、Zn等）可能起到類似于二硫鍵那樣的橋連作用，促進(jìn)其溫度性的提高。1

遺傳物質(zhì)的熱穩(wěn)定性DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性是由配對(duì)堿基之間的氫鍵以及同一單鏈中相鄰堿基的堆積力維持的；DNA中，組蛋白和核小體在高溫下均有聚合成四聚體甚至八聚體的趨勢(shì)，這能保護(hù)裸露的DNA免受高溫降解；嗜熱古生菌中還存在一種特殊的機(jī)制對(duì)抗熱變性；tRNA的熱穩(wěn)定性較高，也是對(duì)熱比較穩(wěn)定的核酸分子之一；核糖體的熱穩(wěn)定性是生長(zhǎng)上限溫度的決定性因子，發(fā)現(xiàn)rRNA的熱穩(wěn)定性依賴于tRNA與核糖體之間的相互作用；多胺在核糖體的穩(wěn)定性上起著獨(dú)特的作用。1