Metabolizmy

Studium archeí je obtížný obor. Existuje několik dobře kultivovatelných druhů, nicméně většina druhů se vzpírá a v laboratoři se kultivovat nedají. Přesto se vědci nevzdávají a snaží se někdy až o nemožné. Dobrým příkladem je úspěšná kultivace druhu Prometheoarchaeum syntrophicum. Japonskému týmu trvalo 11 let, než upravili kultivační podmínky takovým způsobem, že bylo prométheoarcheum ochotné se množit. Nicméně i v nejlepších podmínkách byla generační doba dvacet dní! Porovnáme-li to s E.coli, která se dělí jednou za dvacet minut je jasné, že s prométheoarcheem se nebude pracovat jednoduše. 

Většinu archeí dnes známe pouze ze sekvence DNA z environmentálního vzorkování. Tyto tak zvané kandidátní druhy nikdo nikdy nespatřil a na jejich morfologii a fyziologii odhadujeme pouze z genů přítomných v jejich genomech.

Metabolizmy

Životní pochody archeí jsou, podobně jako u ostatních organizmů, spojeny s prostředím, které obývají. Co se metabolizmů týče, můžeme i zde použít obecná pojmenování z tabulky č. 1. Mezi archei nalezneme takřka všechny myslitelné typy metabolizmů. Co zde však nenajdeme je klasická fotosyntéza, při které by vznikala molekula kyslíku. Tento typ fotosyntézy vynalezly pouze sinice. Samozřejmě, že ho používají i rostliny, ale nezapomeňte, že rostlinná buňka si najala sinici a udělala z ní chloroplast. A

Metanogeneze

Metanogeneze je typ metabolizmů, které můžeme najít pouze v doméně archea. Probíhají v anaerobních podmínkách, přičemž nejznámějším typem metanogeneze je redukce CO2 na CH4 v přítomnosti plynného vodíku. CO2 + 4H2 ≈ CH4 + 2H2O. Tato rovnice není chemickou rovnicí. Ve zvlněném rovnítku se ukrývá řada procesů, pro které jsou nutné různé enzymy. Každopádně je výsledkem tohoto metabolizmu dostatečné množství energie k vytvoření protonového gradientu na membráně, nutného k syntéze ATP pomocí ATP-syntázy.

Řada metanogenů je součástí různých mikrobiomu vázaných na trávící soustavu živočichů (včetně člověka). Asi nejznámější jsou metanogeni v předžaludcích přežvýkavců (například kráva). Metan, který zde vzniká, je posléze zvířetem vyříhán. Vzhledem k tomu, že je metan významným skleníkovým plynem a počet hovězího dobytky na Zemi neustále stoupá, narůstá strach z globálního oteplování způsobeného tímto nadbytečným metanem.

Autotrofie

V současné době se předpokládá, že první život na Zemi musel být chemoautotrofní. Tehdy žijící organizmy si totiž musely vyrobit všechny složky biomasy z oxidu uhličitého. Organických molekul bylo v jejich okolí asi málo. Zatím je v doméně Archea známo sedm různých autotrofních drah. Je vidět, že je zde autotrofie široce rozšířena. Každopádně klasický Calvinův cyklus zde zastoupen není. Ten vynalezly až sinice.

Mezi archei tedy najdeme více typů autotrofií. Zde se zmíníme pouze o některých. Velmi zajímavý je reverzní citrátový cyklus. Skutečně se jedná o cyklus kyseliny citrónové (Krebsův cyklus) běžící opačným směrem, jehož výsledkem je acetyl Co-A. V tomto cyklu neprobíhá odbourávání uhlíku za vzniku CO2, ale naopak vychytávání CO2 a zabudování jeho uhlíku do organických molekul. Snad úplně nejzajímavější je fakt, že některé enzymy jsou stejné u obou cyklů, přičemž v každém cyklu katalyzují opačnou reakci.

Další možností autotrofie je modifikovaný Calvinův cyklus s jiným typem Rubiska, než jaký známe v Calvinově cyklu sinic.

Fototrofie

S fototrofií, tedy s využíváním slunečního záření k výrobě ATP se můžeme potkat i u archeí, jako například u Halobacterium. Fototrofie Halobacteria spočívá přímo ve využití energie fotonu k pumpování protonů přes membránu. Tím se vytvoří protonový gradient, kterým je podobně jako u mitochondrie poháněna ATP syntáza za vzniku ATP. Musí zde však být molekula schopná foton zachytit a využít. Touto molekulou je bakteriorhodopsin. Bakteriorhodopsin, a to je skutečně úžasná věc, je strukturálně a vlastně i funkčně nesmírně podobný rhodopsinu, který nám lidem zprostředkovává zrak.

A nyní trochu detailněji k funkci bakteriorhodopsinu. Součástí bakteriorhodopsinu je, podobně jako v lidském oku, retinal. Malá molekula, která dokáže zachytit foton. Celý cyklus začíná tím, že se na retinal naváže proton z cytoplazmy bakterie. Poté co retinal zachytí foton (pozor, ne proton, ale foton), dostane se do excitovaného stavu, změní konformaci a přenese proton ven z buňky nad membránu. Tím se opět dostane do původní konformace a může přijmout další proton. Na světle činností bakteriorhodopsinu vzniká přebytek protonů vně membrány, přičemž v buňce je ho méně. Vznikl protonový gradient. Protony mají tendenci dostat se přes membránu dovnitř do buňky, ale vzhledem k tomu, že se jedná o nabitou částici, se jim to nedaří. Dovnitř do buňky zbývá pro protony jediná možná cesta, přes ATP syntázu. ATP syntáza je poměrně velký molekulární stroj ukotvený v membráně, přičemž průchod protonů umožní syntézu ATP z ADP a volného fosfátu.

Shrnutí

Doména Archaea vlasní nepřeberná množství metabolizmů. Některá jsou stejná jako u bakterií, jiná jsou k nalezení pouze u archeí. Mezi ty výhradně archeální patří především metanogeneze probíhající v anaerobních podmínkách, dále široce rozšířené autotrofie, jako je například reverzní citrátový cyklus a v neposlední řadě zmíníme fototrofii umožněnou bakteriorhodopsinem.