SINICE - Cyanobateria
Ilustracje kilku sinic wg H. Miehe i W. Mevius / Leipzig 1944/
Dr
Henryk St. Różański
Sinice - Cyanobacteria
Królestwo: Procaryota
– bezjądrowe
Podkrólestwo: Eubacteria - eubakterie
Gromada: Sinice –
Cyanobacteria = Schizophyta
Sinice były dawniej włączane do glonów Algae, gdzie stanowiły klasę Cyanophyceae. Istniały także układy taksonomiczne, gdzie sinice stanowiły typ w grupie plechowce jednokomórkowe Protophyta, Thallophyta (rośliny niższe) oraz takie, gdzie Cyanophyceae były klasą w gromadzie Schizophyta (rozprątki).
Sinice są to organizmy bezjądrowe, samożywne (autotroficzne), jednokomórkowe, wielokomórkowe i kolonijne. Należą do prokariontów gram-ujemnych. Ściana komórkowa sinic zbudowana jest z pektyn, celulozy, ksylozy, kwasu muraminowego (mureina), pochodnych kwasu uronowego i galaktozy. Na powierzchni ściany komórkowej sinic występuje często otoczka śluzowa zapobiegająca wysychaniu i umożliwiająca organizowanie kolonii.
Zespoły
komórek sinicowych otoczonych śluzem noszą nazwę cenobii (liczba pojedyncza – cenobium,
liczba mnoga – cenobia). Śluz może być zorganizowany w grube pochewki, w
których mieszczą się nitkowate ciała sinic.
Sinice liczą
około 2000 gatunków. Żyją w wodach słodkich, morskich i w źródłach solankowych.
Wiele sinic żyje w symbiozie z glonami, grzybami, roślinami zarodnikowymi i
nasiennymi. Mają zdolność wiązania wolnego azotu z powietrza. Wraz z grzybami
tworzą porosty. Sinice żyją także na powierzchni wilgotnej gleby, wilgotnych
skał, na korze drzew. Niektóre egzystują w przestworach międzykomórkowych
glonów, paproci, mszaków i nasiennych roślin wodnych oraz lądowych (np. u
Gunnera = przeplin).
Pierwotniaki
Protista wchodzące w symbiozę z sinicami: Cyanophora paradoxa, Paulinella
chromatophora.
Gąbki
Spongia wchodzące w symbiozę z sinicami: Theonella, Siphonochalina.
Szczetnice
Echiurida wchodzące w symbiozę z sinicami: Bonellia fuliginosa Kedosoma gogoshimense.
Sagowce
Cycadopsida wchodzące w symbiozę z sinicami: Cycas, Zamia.
Protoplast
sinic można podzielić na dwie strefy zróżnicowane w obrazie mikroskopowym.
Zewnętrzna strefa protoplastu to chromaplazma (chromatoplazma). W chromaplazmie
znajdują się tylakoidy (poprawnie ujmując są to lamelle, czyli błonowe,
spłaszczone woreczki; tylakoidy to wyżej uorganizowane struktury, występujące u
eukariontów) zawierające barwniki: chlorofil a, c-fikocyjaninę, c-fikoerytrynę,
karotenoidy i ksantofile. Do tylakoidów z barwnikami przylegają fikobilisomy,
zawierające fikobliproteiny. Fikoblisomy przekazują energię z pochłoniętego
światła do fotosystemu II. Adaptacja chromatyczna sinic polega na zmianie
stosunków ilościowych barwników fotosyntetycznych, w zależności od barwy
padającego światła.
Materiałem
zapasowym sinic jest kwas poli-beta-hydroksymasłowy, glikogen (dawniej skrobia
sinicowa), lipidy i cyjanoficyna. Cyjanoficyna jest związkiem azotowym, zawiera
asparaginian i argininę. W chromaplazmie znajdują się także karboksysomy,
zawierające karboksylazę rybulozo-1,5-bifosforanową. Karboksylaza ta włącza CO2
do rybulozo-bi-fosforanu tworząc 2 cząsteczki kwasu 3-fosfoglicerynowego.
Wakuole
powietrzne służą do czasowego przechowywania gazów (np. tlenu, dwutlenku węgla,
azotu, siarkowodoru), ponadto zapewniają unoszenie się sinic na powierzchni
wód. Wakuole gazowe wpływają na wewnątrzkomórkowe ciśnienie. Dzięki temu sinice
mogą opadać na dno zbiorników lub wypływać do górnych poziomów zbiorników
wodnych.
Centralna
część komórki to centroplazma, w której mieści się nukleoid z genami. Sinice
nie mają jądra komórkowego. Nie zawierają histonów typowych dla chromosomów
eukariocytów.
Heterocysty –
komórki silnie załamujące światło w mikroskopie, większe od pozostałych
komórek, o grubych ścianach komórkowych i mniej wysycone barwnikami. W
heterocystach zachodzi wiązanie wolnego azotu z powietrza. Zawierają one
fotosystem I, enzym nitrogenazę (do wiązania azotu; dzięki temu enzymowi
powstają nitrozwiązki i związki amoniowe) oraz cyjanoficynę. W heterocystach
odbywa się cykliczna fosforylacja i regeneracja ATP. Dawniej heterocysty
uważano za komórki puste i uczestniczące w rozmnażaniu (hormogonii). W
heterocystach panuje środowisko beztlenowe niezbędne do przeprowadzenia
nitryfikacji.
Oscillatoria
mają zdolność przeprowadzania fotosyntezy w warunkach beztlenowych. Donorem
elektronów jest siarkowodór.
Pod względem
morfologicznym sinice można podzielić na:
1.
Sinice chrookokalne – komórki sinic są kuliste lub pałeczkowate,
żyją pojedynczo lub w koloniach. Należą tutaj: Gleocapsa, Gleothece,
Gleobacter, Synechococcus = Anacystis.
2.
Sinice pleurokapsularne – sinice jednokomórkowe, często żyjące w
koloniach, mające zdolność tworzenia beocytów. Beocyty to drobne potomne
komórki powstające w wyniku wielokrotnego podziału protoplastu macierzystego.
Służą do rozmnażania. Jakiś czas
beocyty są otoczone wspólną ścianą komórkową i otoczką śluzową. Po pewnym
czasie ściana pęka uwalniając beocyty, z których każda jest zdolna do
samodzielnego wzrostu i rozwoju. Tutaj należy Myxosarcina, Pleurocapsa,
Dermocarpa.
3.
Sinice nitkowate nie mające zdolności tworzenia
heterocyst. Tutaj należy Lyngbya, Plectonema, Spirulina, Oscillatoria.
4.
Sinice nitkowate mające zdolność tworzenia heterocyst. Są
to sinice wielokomórkowe i kolonijne. Należą tutaj: Calothrix, Anabaena,
Nostoc, Cylindrospermum.
Sinice
rozmnażają się za pomocą endospor, egzospor i przez hormogonię. Endospory
powstają w wyniku podziału komórki macierzystej, która pełni wówczas rolę
sporangium. Po pęknięciu ściany komórkowej nowo powstałe drobne komórki zostają
uwolnione. Beocyty można również zaliczyć do endospor.
Egzospory
powstają po uprzednim otwarciu komórki i sukcesywnych podziałach protoplastu.
Komórki potomne są na bieżąco uwalniane z otwartej dzielącej się komórki.
Hormogonia
polega na wytwarzaniu śluzowych rozdzielaczy, np. w kształcie dwuwklęsłej
soczewki, między stykającymi się komórkami ciała sinicy. Dzięki tym
rozdzielaczom ciało sinicy ulega fragmentacji na odcinki zdolne do samodzielnego
wzrostu i rozwoju.
Akinety są przetrwalnikami sinic, np.
u Cylindrospermum i Anabaena.
Niektóre sinice mają zdolność pełzania
po stałym podłożu, np. Oscillatoria.
Sinice są organizmami bardzo starymi, żyjącymi już w prekambrze. Wiele złóż ropy naftowej powstało z masy martwych sinic (np. rodzaju Gleocapsomorpha). Sinice weszły w endosymbiozę z eukariocytami dając początek niektórym organellom (np. chloroplasty, mitochondria).
Systematyka sinic Cyanobacteria
Obecnie gromada
Cyanobacteria obejmuje klasę Cyanophyceae, która została podzielna na dwa
rzędy: Chroococcales i Nostocales.
Rząd: Chroococcales obejmuje rodzaje:
- Achroonema
- Aphanothece
- Chroococcus
- Coelosphaerium
- Eucapsis
- Gomphosphaeria
- Merismopedia
- Microcystis
Rząd: Nostocales obejmuje następujące rodziny:
- Oscillatoriaceae, a w niej
rodzaje:
Anabaena
Aphanizomenon
Calothrix
Lyngbya
Nostoc
Oscillatoria
Pseudoanabaena
Spirulina
- Rivulariaceae, a w niej
rodzaj:
Rivularia
- Scytonemataceae, a w niej
rodzaje:
Scytonema
Tolypothrix
- Stigonemataceae, a w niej
rodzaj:
Stigonema
Wybrani przedstawiciele sinic Cyanobacteria
1. Gleocapsa
minor – jednokomórkowa i kolonijna sinica żyjąca na wilgotnych podłożach i w płytkich
zbiornikach, gdzie tworzy śluzowate kłaczkowate agregaty sinawej lub
niebieskawo-zielonej barwy. Komórki są jajowate, kuliste lub pałeczkowate.
Rozmnaża się przez podział komórek. Należy do rzędu Chroococcales.
Gleocapsa
(źródło: University Ohio http://www.ohio.edu/)
2. Nostoc
/trzęsidło/ – sinica nitkowata z rzędu Hormogonales (lub obecnie do rzędu
Nostocales) ze śluzowatymi otoczkami (pochewki). Żyje w wodach słodkich i na wilgotnych
podłożach. Tworzy heterocysty i śluzowe rozdzielacze fragmentujące nitkowate
ciało na odcinki potomne (hormogonia).
Nostoc
(źródło: University Ohio http://www.ohio.edu/)
3. Oscillatoria
/drgalnica) należy do rzędu Hormogonales. Ciało tej sinicy jest spłaszczone,
wydłużone, złożone z szeregowo ułożonych komórek dyskowatych. Rozmnaża się
przez hormogonia. Przednia część ciała wykonuje wahadłowe ruchy. Tylny koniec
ciała jest wygięty. Drgalnica wytwarza osłonki śluzowe. Ma barwę
niebiesko-zieloną. Żyje w wodach słodkich.
Oscillatoria
(źródło: http://botit.botany.wisc.edu/)
Oscillatoria
(źródło: http://www.dipbot.unict.it/)
4. Rivularia –
sinice o ciele silnie wydłużonym, spłaszczonym, złożonym z dyskowatych komórek.
Na tylnym końcu tasiemkowate ciało ulega zwężeniu. Tasiemkowate ciała są
otoczone pochewkami śluzowymi, które zlepiają się bocznymi ścianami tworząc
kolonię. Żyją w wodach słodkich i morskich. W wodach morskich trzymają się
raczej brzegu i ujść rzek. Wiąże wolny azot. Przykładowe gatunki: Rivularia
bullata Berk.= Calothrix crustacea, Rivularia
atra Roth, Rivularia dura Roth, Rivularia natans Welw., Rivularia bornetiana
Setch. Zaliczane do rzędu Hormogonales lub do rzędu Nostocales,
zależnie od przyjętego układu taksonomicznego.
5.
Rivularia
(źródło: http://biology.smsu.edu/)
6. Spirulina –
należy do rzędu Nostocales (lub w innym systemie do rzędu Hormogonales), ciało
nitkowate, spiralne. Żyje w wodach słodkich. Obecnie bardzo popularna sinica w
biotechnologii. Istnieją hodowle Spirulina dla potrzeb przemysłu spożywczego i
farmaceutycznego.
Spirulina
(źródło: http://www.ucmp.berkeley.edu/education/events/eukevol2.html)
7. Lyngbya –
sinica toksyczna dla ludzi i zwierząt. Zaklasyfikowana do rzędu Nostocales.
Ciało nitkowate. Nie wytwarza heterocyst. Ciało okryte śluzowatą pochewką. Żyją
w wodach słodkich i morskich.
Lyngbya
(źródło: http://www-cyanosite.bio.purdue.edu/index.html)
Lyngbya
(źródło: http://www.stanford.edu/~bohannan/Pages/gallery.html)
8. Anabaena –
żyją w wodach słodkich i morskich (np. Anabaena circinalis), na wilgotnych glebach,
torfie, torfowiskach, w przestworach międzykomórkowych paproci (np. Azolla).
Niektóre są toksyczne dla ludzi i zwierząt. Należą do rzędu Nostocales. Wiąże
wolny azot dzięki obecności nitrogenazy w heterocystach. Wzbogaca podłoże w
związki azotowe. Wykorzystywana jest do produkcji nawozów naturalnych. Wytwarza
heterocysty. Ciało tej sinicy jest wydłużone i zbudowane ze zróżnicowanych
strukturalnie i funkcjonalnie komórek ułożonych w paciorek. Zawiera genom
kolisty i plazmidy.
Anabaena
(źródło: (źródło: University Ohio http://www.ohio.edu/)
Właściwości toksykologiczne sinic
Nadmierne występowanie sinic w
zbiornikach powoduje deficyt tlenu i światła – czynników niezbędnych do życia
innych organizmów wodnych (roślin, zwierząt, pierwotniaków). Nadmierne ilości
sinic kolonijnych spowalniają mieszanie się wody z różnych poziomów zbiornika,
czyli zaburzają krążenie wody w zbiorniku. Zajmują również miejsce potrzebne do
rozwoju roślin i życia zwierząt.
Masowe pojawianie się sinic w wodzie
kąpielowej jest również niebezpieczne dla ludzi. Związki barwnikowo-proteinowe
sinic wywołują przy kontakcie ze skórą człowieka stan zapalny (rumień),
pokrzywkę i wypryski. Pokrzywka może przybrać formę zlewających się pęcherzy. W
razie dostania się do oczu sinice wywołują zapalenie spojówek i gałki ocznej.
Spożycie wody
zanieczyszczonej sinicami wywołuje rozwolnienie, niekiedy biegunkę krwawą,
ponadto ból brzucha, nudności, wymioty, wzdęcia, dłuższy przykurcz miocytów
gładkich (kolka). Metabolity wtórne sinic posiadają właściwości neurotoksyczne
i hepatotoksyczne. Mogą powodować hemolizę krwi i uszkadzać szpik kostny.
Oddziałują także na psychikę zwierząt i człowieka (halucynacje, niepokój,
zmiany nastroju). Wywołują drgawki, drżenie, nerwobóle, mięśniobóle, dreszcze,
uczucie zimna. Toksycznie działają także osiedlające się w koloniach sinic -
bakterie i grzyby oraz ich produkty przemiany materii.
Opisano przypadki śmierci zwierząt pojonych wodą, w której
żyły sinice. Śmierć była poprzedzona objawami ze strony układu nerwowego
(drgawki,, początkowo pobudzenie psycho-ruchowe, potem oszołomienie i
śpiączka).
Analizy wody pitnej i kąpielowe
powinny zawsze uwzględniać badania na występowanie sinic. Sinice są bardzo
wrażliwe na siarczan miedzi.
Niektóre sinice są jadalne i zupełnie
nieszkodliwe, np. spirulina.
Właściwości
farmakologiczne sinicy Spirulina
Składnikami
aktywnymi Spirulina są: fikocyjanina, polipeptydy, chlorofil, aminokwasy (np.
leucyna, izoleucyna, lizyna, fenyloalanina, treonina, walina), kwasy
nukleinowe, kwas linolenowy (gamma linolenowy kwas, w tym także kwasy
tłuszczowe omega-6), sulfolipidy, polisacharydy, karotenoidy (beta-karoten - 14
mg/10 g ekstraktu spiruliny), ksantofile (miksoksantofil, zeaksantyna,
kryptoksantyna, echinenon) witamina B12 (20 ug/10 g ekstraktu spiruliny), sporo
związków żelaza, magnezu, wapnia, miedzi, fosforu, selenu.
Skład chemiczny Spirulina:
Cukrowce: od 15 do 25%
Tłuszczowce: od 0,6 do 0,8%
Białkowce: od 55 do 70%
Sole mineralne: od 7 do 13%
Spirulina działa przede wszystkim odżywczo, odtruwająco
(detoksykacja = detoksyfikacja) i wzmacniająco ogólnie. Działanie
farmakologiczne jest wypadkową i sumą działań poszczególnych składników tej
sinicy.
Ekstrakty z sinicy Spirulina aktywują
limfocyty NK (Natural Killer Cells), które niszczą komórki nowotworowe.
Wzmagają wydzielanie interferonu gamma, interleukiny-4, interleukiny-1-beta
oraz cytokin. Cytokiny pobudzają proliferację i czynności limfocytów oraz
makrofagów tkanki łącznej. Obserwowano remisję nowotworów po podaniu ekstraktu
Spirulina. Pod wpływem składników proteinowo-barwnikowych Spirulina następuje
stymulacja całego układu odpornościowego ustroju. Zahamowane zostaje uwalnianie
histaminy, przez co zmniejszają się wysięki i stany zapalne. Spirulina działa
przeciwalergicznie wywierając wpływ przeciwhistaminowy.
Spirulina zawiera antyoksydanty (przeciwutleniacze) i
wymiatacze wolnych rodników. Zmniejsza stężenie cholesterolu we krwi, działa przeciwmiażdżycowo.
Spirulina jest obecnie sprzedawana w
nowoczesnych formach farmaceutycznych (tabletki doustne, odżywki w proszku).
Spirulina wchodzi również w skład wielu kosmetyków. Spirulina w tabletkach
zażywana jest w dawce 2-3 g/dobę. Istnieją preparaty złożone zawierające obok
ekstraktu ze Spirulina także inne składniki dodatkowe, np. ekstrakt z glonu
Chlorella, karnitynę, koenzym Q10, cynk, wapń, selen.
|
Wirusologia, riketsjologia, priony, viroidy,
rickettsia, szczepionki, leki przeciwwirusowe, interferon |
http://www.parazyt.gower.pl/virus.html |
|
Parazytologia i genetyka lekarska Parazyty |
http://www.parazyt.gower.pl/parazytologia2002.htm |
|
Fitoterapia, zielarstwo Rośliny lecznicze |
http://www.rozanski.henryk.gower.pl/fitofarmakologia.htm |
|
Wykaz stron autora |
|
Dokument
chroniony prawami autorskimi
Henryk
Różański
Krosno 2003
