جایگاه کوئینون در ارزیابی تکامل موجودات

نوع مقاله : مقاله ترویجی

نویسندگان

شیراز، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد شیراز، دانشکده علوم، کشاورزی و فناوریهای نوین، گروه میکروبیولوژی

چکیده

کوئینون ها گروه متنوعی از لیپیدهای متصل به غشا هستند که به عنوان ناقل در زنجیره ی انتقال الکترون عمل می کند و در تمام رده های موجودات زنده وجود دارد. مهمترین کلاس آنها یوبی کوئینون، پلاستوکوئینون، مناکوئینون می باشد. مناکوئینون فقط در باکتری ها و آرکاها وجود دارد. گروههای قطبی سر بیان کننده ی نوع کوئینون و عامل ایجاد تنوع می باشد. در آنالیز لیپیدهای غشایی، کوئینون ها یک پروفایل از ویژگی های تاکسونومیکی بر اساس واکنش زنجیره پلیمراز (PCR) را در بیومس میکروبی موجود در نمونه های محیطی ارائه می دهد. هدف از این پژوهش بررسی و مطالعه نقش کوئینون ها به عنوان مارکر در تکامل آرکی ها می باشد. از این رو شرایط اکسید – احیا و متابولیسم کنترل مهمی جهت حضور فراوانی و پیدایش کوئینون های خاص در میکروارگانیسم هاست. علاوه بر عملکرد کوئینون در زنجیره ی انتقال الکترون، در سازگاری غشا با تنش های محیطی نیز نقش دارند. حضور کوئینون های تنفسی در آرکا بیشترین بررسی دستاوردهای ژنتیکی را روی تاریخچه ی تکامل بیوسنتز کوئینون حمایت می کند. کوئینو نهای تنفسی به عنوان بیومارکر لیپیدی درک برهمکنش های میکروبی را فراهم می کند. از این رو بیوسنتز مناکوئینون در قدیمی ترین اجداد آرکا و باکتری ها وجود داشته است و پتانسیل رداکس کم مناکوئینون وجود اجداد قدیمی آرکا را در محیط احیایی تقویت می کند. در نتیجه ی توزیع تاکسونومیکی هترزژنوس، تنوع کوئینون ها در میان گونه های آرکایی دریچه ای را به سمت تاریخچه ی تکاملی بیوسنتز کوئینون فراهم کرده است با توجه به اختلاف ویژگیهای کوئینون ها در سویه های آرکایی، این تنوع می تواند مربوط به اختلاف ویژگی زیستگاه و استراتژی های سازش و متابولیسم باشد. بنابراین توزیع و تنوع ساختاری کوئینون ها در آرکاها اطلاعات تاکسونومیکی وسیعی را در بر دارد و بیومارکر بسیار بالقوه برای طبقه بندی آرکا در محیط و بررسی تکامل زنجیره ی انتقال الکترون  می باشد.

کلیدواژه‌ها

  1. 1. Berg JM, Tymoczko JL, Stryer L. Biochemistry. 5th edition. New York: W H Freeman; 2002.

    2. Samta J., Antonella  C and Arnold J. M  (2014) Biosynthesis of archaeal membrane ether lipids 5(641)

    3.Bruce Alberts, Alexander Johnson, Julian Lewis, Martin Raff, Keith Roberts   (2002)), and Peter Walter . Molecular Biology of the Cell. 4th edition.

    1. Felix J. Elling., Kevin W., Becker., Martin Könneke., Jan M. Schröder., Matthias Y. Kellermann., Michael Thomm., Kai-Uwe Hinrichs. (2016) Respiratory quinones in Archaea: phylogenetic distribution and application as biomarkers in the marine environment. Applied Microbiology Environmental  18(2), 692–707

    5- Lawrence I. Grossman ., Derek E. Wildman., Timothy R. Schmidt., Morris Goodman. (2004)Accelerated evolution of the electron transport chain in anthropoid primates Elsevier  20(11) 578–585.

    6- Nowicka, B., and Kruk, J. (2010) Occurrence, biosynthesis and function of isoprenoid quinones. Biochim Biophys Acta1797: 1587–1605.

    7- Hiraishi, A., Iwasaki, M., Kawagishi, T., Yoshida, N., Narihiro, T., and Kato, K. (2003) Significance of lipoquinones as quantitative biomarkers of bacterial populations in the environment. Microbes Environ 18: 89–93.

    8- Bekker, M., Kramer, G., Hartog, A.F., Wagner, M.J., de Koster, C.G., Hellingwerf, K.J., and de Mattos, M.J.T. (2007) Changes in the redox state and composition of the

    quinone pool of Escherichia coli during aerobic batchculture growth. Microbiology 153: 1974–1980.

    9- Villanueva, L., del Campo, J., Guerrero, R., and Geyer, R. (2010) Intact phospholipid and quinone biomarkers to assess microbial diversity and redox state in microbial mats. Microb Ecol 60: 226–238.

    10- Sévin, D.C., and Sauer, U. (2014) Ubiquinone accumulation improves osmotic-stress tolerance in Escherichia coli. Nat Chem Biol 10: 266–272.

    11- Urakawa, H., Yoshida, T., Nishimura, M., and Ohwada, K.(2005) Characterization of depth-related changes and sitespecific differences of microbial communities in marine sediments using quinone profiles. Fish Sci 71: 174–182.

    12- Coates, C.S., Ziegler, J., Manz, K., Good, J., Kang, B.,Milikisiyants, S., et al. (2013) The structure and function of quinones in biological solar energy transduction: a cyclic voltammetry, EPR, and hyperfine sub-level correlation (HYSCORE) spectroscopy study of modelnaphthoquinones. J Phys Chem B 117: 7210–7220.

    13- Sousa, F.L., Thiergart, T., Landan, G., Nelson-Sathi, S., Pereira, I.A.C., Allen, J.F., et al. (2013) Early bioenergetics evolution. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci 368: 20130088.

    14- Zhi, X.-Y.Y., Yao, J.-C.C., Tang, S.-K.K., Huang, Y., Li,H.-W.W., and Li, W.-J.J. (2014) The futalosine pathway played an important role in menaquinone biosynthesis during early prokaryote evolution. Genome Biol Evol 6:149–160.

    15- Kaiser, P., Geyer, R., Surmann, P., and Fuhrmann, H. (2012) LC-MS method for screening unknown microbial carotenoids and isoprenoid quinones. J Microbiol Methods 88: 28–34.

    16- R. Cavicchioli, Archaea — timeline of the third domain, Nat. Rev. Microbiol. 9 (2011) 51–6

    17- Y. Koga, H. Morii, Recent advances in structural research on ether lipids from archaea including comparative and physiological aspects, Biosci. Biotechnol. Biochem. 69 (2005) 2019–2034

    18- D.L. Valentine, Adaptations to energy stress dictate the ecology and evolution of the Archaea, Nat. Rev. Microbiol. 5 (2007) 316–323

    19- J.L.C.M. van de Vossenberg, A.J.M. Driessen, W.D. Grant, W.N. Konings, Lipid membranes from halophilic and alkali-halophilic Archaea have a low H+ and Na+ permeability at high salt concentration, Extremophiles 3 (1999) 253–257,

    20- M. Schlame, Thematic review series: glycerolipids. Cardiolipin synthesis for the assembly of bacterial and mitochondrial membranes, J. Lipid Res. 49 (2008) 1607–1620,

    21- M.Y. Yoshinaga, M.Y. Kellermann, P.E. Rossel, F. Schubotz, J.S. Lipp, K.-U. Hinrichs, Systematic fragmentation patterns of archaeal intact polar lipids by highperformance liquid chromatography/ electrospray ionization ion-trap mass spectrometry, Rapid Commun. Mass Spectrom. 25 (2011) 3563–3574

    22- S.C. Kushwaha, M.B. Gochnauer, D.J. Kushner, M. Kates, Pigments and isoprenoid compounds in extremely and moderately halophilic bacteria, Can. J. Microbiol. 20

    (1974) 241–245

    23- H.R. Shahmohammadi, E. Asgarani, H. Terato, T. Saito, Y. Ohyama, K. Gekko, et al., Protective roles of bacterioruberin and intracellular KCl in the resistance of Halobacterium salinarium against DNA-damaging agents, J. Radiat. Res. 39 (1998) 251–262

    24-. L. Wörmer, J.S. Lipp, J.M. Schröder, K.-U. Hinrichs, Application of two new LC–ESI– MS methods for improved detection of intact polar lipids (IPLs) in environmental samples, Org. Geochem. 59 (2013) 10–21,

    25- R.K. Thauer, A.-K. Kaster, H. Seedorf, W. Buckel, R. Hedderich, Methanogenic archaea: ecologically relevant differences in energy conservation, Nat. Rev. Microbiol. 6 (2008) 579–591

    26- S. Nelson-Sathi, T. Dagan, G. Landan, A. Janssen, M. Steel, J.O. McInerney, et al.,

    Acquisition of 1,000 eubacterial genes physiologically transformed a methanogen

    at the origin of haloarchaea, Proc. Natl. Acad. Sci. 109 (2012) 20537–20542

    27- Matthias Y. Kellermann ., Marcos Y. Yoshinaga .,  Raymond C., Valentine ., Lars Wörmer ., David L. Valentine. Important roles for membrane lipids in haloarchaeal bioenergetics, 2016. , Biochimica et Biophysica Acta 1858 (2016) 2940–2956

    28- F.J. Elling, K.W. Becker, M. Könneke, J.M. Schröder, M.Y. Kellermann, M. Thomm,

    et al., Respiratory quinones in Archaea: phylogenetic distribution and application

    as biomarkers in the marine environment, Environ. Microbiol. 2 (2015) 692–707,

    29- Ferguson, S.J., Richardson, D.J., and van Spanning, R.J.M. (2007) Biochemistry and molecular biology of nitrification. In Biology of the Nitrogen Cycle. Bothe, H., Ferguson, S.J., and Newton, W.E. (eds). Amsterdam, The Netherlands: Elsevier, pp. 209–222.

    30- Coolen, M.J.L., Abbas, B., van Bleijswijk, J., Hopmans, E.C., Kuypers, M.M.M.,Wakeham, S.G., and Sinninghe Damsté

    31- Wakeham, S.G., Amann, R., Freeman, K.H., Hopmans, E.C., Jørgensen, B.B., Putnam, I.F., et al. (2007) Microbial ecology of the stratified water column of the Black Sea as revealed by a comprehensive

  • تاریخ دریافت: 23 بهمن 1395
  • تاریخ بازنگری: 19 تیر 1396
  • تاریخ پذیرش: 19 تیر 1396