Hyperthermophile
હાયપરથર્મોફાઇલ એ એક એવો જીવ છે જે અત્યંત ગરમ વાતાવરણમાં 60 ડિગ્રી સેલ્સિયસ (140 ડિગ્રી ફેરનહીટ) થી ઉપરની તરફ વિકાસ પામે છે. હાયપરથર્મોફાઇલ્સના અસ્તિત્વ માટે શ્રેષ્ઠ તાપમાન ઘણીવાર 80 °C (176 °F) થી ઉપર હોય છે. હાયપરથર્મોફાઇલ્સ ઘણીવાર આર્કિયા ડોમેનની અંદર હોય છે, જો કે કેટલાક બેક્ટેરિયા પણ ભારે તાપમાન સહન કરવામાં સક્ષમ હોય છે. આમાંના કેટલાક બેક્ટેરિયા 100 ડિગ્રી સેલ્સિયસથી વધુ તાપમાન પર સમુદ્રમાં ઊંડાણમાં રહેવા માટે સક્ષમ છે, જ્યાં ઉચ્ચ દબાણ પાણીના ઉત્કલન બિંદુને વધારે છે. ઘણા હાયપરથર્મોફાઇલ્સ ઉચ્ચ એસિડિટી અથવા ઉચ્ચ કિરણોત્સર્ગ સ્તર જેવા અન્ય પર્યાવરણીય ચરમસીમાઓનો પણ સામનો કરી શકે છે. હાયપરથર્મોફાઇલ્સ એ એક્સ્ટ્રેમોફાઇલ્સનો સબસેટ છે. તેમનું અસ્તિત્વ બહારની દુનિયાના જીવનની શક્યતાને ટેકો આપી શકે છે, જે દર્શાવે છે કે જીવન પર્યાવરણીય ચરમસીમાઓમાં વિકાસ કરી શકે છે. યલોસ્ટોન નેશનલ પાર્કમાં ગરમ ઝરણાઓમાંથી અલગ કરાયેલ હાયપરથર્મોફાઇલ્સની જાણ સૌપ્રથમ 1965માં થોમસ ડી. બ્રોક દ્વારા કરવામાં આવી હતી. ત્યારથી, 70 થી વધુ પ્રજાતિઓ સ્થાપિત કરવામાં આવી છે. સૌથી આત્યંતિક હાયપરથર્મોફાઇલ્સ ઊંડા સમુદ્રમાં જળઉષ્મીય છીદ્રોની અતિશય ગરમ દિવાલો પર રહે છે, જેમાં ટકી રહેવા માટે ઓછામાં ઓછું 90 ડિગ્રી સેલ્સિયસ તાપમાનની જરૂર પડે છે. એક અસાધારણ ગરમી-સહિષ્ણુ હાયપરથર્મોફાઇલ સ્ટ્રેઇન 121 છે, જે 24 કલાક દરમિયાન ઓટોક્લેવમાં 121 ડિગ્રી સેલ્સિયસ (તેથી તેનું નામ) પર તેની વસ્તી બમણી કરવામાં સક્ષમ છે. મિથેનોપિરસ કેન્ડ્લેરી માટે વર્તમાન વિક્રમી વૃદ્ધિ તાપમાન 122 ડિગ્રી સેલ્સિયસ છે. જો કે કોઈ પણ હાયપરથર્મોફાઇલ 122 ડિગ્રી સેલ્સિયસથી વધુ તાપમાન પર ખીલતો જોવા મળ્યો નથી, તેમ છતાં તેમનું અસ્તિત્વ શક્ય છે. સ્ટ્રેઇન 121 બે કલાક સુધી 130 ડિગ્રી સેલ્સિયસ સુધી ટકી રહે છે, પરંતુ જ્યાં સુધી તેને પ્રમાણમાં ઠંડા 103 ડિગ્રી સેલ્સિયસ પર નવા વૃદ્ધિ માધ્યમમાં સ્થાનાંતરિત કરવામાં ન આવ્યું ત્યાં સુધી તે પ્રજનન કરી શક્યું ન હતું. હાયપરથર્મોફાઇલ્સમાં પ્રારંભિક સંશોધનમાં અનુમાન કરવામાં આવ્યું હતું કે તેમના જીનોમને ઉચ્ચ ગુઆનાઇન-સાયટોસિન સામગ્રી દ્વારા વર્ગીકૃત કરી શકાય છે; જો કે, તાજેતરના અભ્યાસો દર્શાવે છે કે "જીનોમની જી. સી. સામગ્રી અને જીવતંત્રના શ્રેષ્ઠ પર્યાવરણીય વૃદ્ધિ તાપમાન વચ્ચે કોઈ સ્પષ્ટ સહસંબંધ નથી". હાયપરથર્મોફાઇલ્સમાં પ્રોટીન પરમાણુઓ હાયપરથેરોસ્ટેબિલિટી દર્શાવે છે-એટલે કે, તેઓ ઊંચા તાપમાને માળખાકીય સ્થિરતા (અને તેથી કાર્ય) જાળવી શકે છે. આવા પ્રોટીન સજીવોમાં તેમના કાર્યાત્મક એનાલોગ માટે સમાન હોય છે જે નીચા તાપમાને ખીલે છે પરંતુ વધુ ઊંચા તાપમાને શ્રેષ્ઠ કાર્ય પ્રદર્શિત કરવા માટે વિકસિત થયા છે. હાયપરથેરોસ્ટેબલ પ્રોટીનના મોટાભાગના નીચા-તાપમાનના હોમોલોગ્સ 60 ડિગ્રી સેલ્સિયસથી ઉપર વિકૃત થઈ જશે. આવા હાયપરથેરોસ્ટેબલ પ્રોટીન ઘણીવાર વ્યાપારી રીતે મહત્વપૂર્ણ હોય છે, કારણ કે રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓ ઊંચા તાપમાને ઝડપથી આગળ વધે છે. શરીરવિજ્ઞાન સામાન્ય શરીરવિજ્ઞાન આત્યંતિક વાતાવરણમાં રહેવાની હકીકતને કારણે, હાયપરથર્મોફાઇલ્સને પીએચ, રેડોક્સ પોટેન્શિયલ, ખારાશનું સ્તર અને તાપમાન જેવા વિવિધ પરિબળો માટે અનુકૂળ કરી શકાય છે. તેઓ ઓછામાં ઓછા અને મહત્તમ તાપમાન વચ્ચે લગભગ 25-30 °C તાપમાનની શ્રેણીમાં મેસોફિલ્સની જેમ વૃદ્ધિ પામે છે. સૌથી ઝડપી વૃદ્ધિ તેમના શ્રેષ્ઠ વૃદ્ધિ તાપમાન પર પ્રાપ્ત થાય છે જે 106 ડિગ્રી સેલ્સિયસ સુધી હોઈ શકે છે. તેમની આકારવિજ્ઞાનમાં તેઓ જે મુખ્ય લાક્ષણિકતાઓ રજૂ કરે છે તે છેઃ કોષની દિવાલઃ આર્કિયાનો સૌથી બાહ્ય ભાગ, તે કોષની આસપાસ ગોઠવાયેલો હોય છે અને કોષની સામગ્રીનું રક્ષણ કરે છે. તેમાં પેપ્ટિડોગ્લાયકેન હોતું નથી, જે તેમને lysozyme.The સામે કુદરતી રીતે પ્રતિરોધક બનાવે છે, સૌથી સામાન્ય દિવાલ એ ષટ્કોણ સમપ્રમાણતાના પ્રોટીન અથવા ગ્લાયકોપ્રોટીન દ્વારા રચાયેલ પેરાક્રિસ્ટલાઇન સપાટી સ્તર છે. એક અસાધારણ વિશિષ્ટતા જીનસના હાથમાંથી આવે છે જેમાં દિવાલનો અભાવ હોય છે, એક ઉણપ જે કોષ પટલના વિકાસ દ્વારા ભરવામાં આવે છે જેની અનન્ય રાસાયણિક રચના છેઃ તેમાં કુલ લિપિડ્સના ખૂબ ઊંચા પ્રમાણમાં લિપિડ ટેટ્રેથર અને ગ્લુકોઝ હોય છે. વધુમાં, તે ગ્લાયકોપ્રોટીન સાથે આવે છે જે લિપિડ્સ સાથે મળીને તે એસિડિક અને થર્મોફિલિક પરિસ્થિતિઓ સામે થર્મોપ્લાઝ્મા એસપીપીની સ્થિરતા આપે છે જેમાં તે રહે છે. સાયટોપ્લાઝમિક પટલઃ તે તાપમાનનું મુખ્ય અનુકૂલન છે. આ પટલ યુકેરીયોટ્સથી અને તેનાથી જાણીતું કરતાં ધરમૂળથી અલગ છે. આર્કિયાબેક્ટેરિયાનું પટલ ટેટ્રેથર એકમ પર બનેલું છે, આમ ગ્લિસરોલ પરમાણુઓ અને હાઇડ્રોફોબિક બાજુની સાંકળો વચ્ચે ઈથર બોન્ડ સ્થાપિત કરે છે જેમાં ફેટી એસિડનો સમાવેશ થતો નથી. આ બાજુની સાંકળો મુખ્યત્વે પુનરાવર્તિત આઇસોપ્રીન એકમોથી બનેલી હોય છે. પટલના અમુક બિંદુઓ પર, સહસંયોજક બંધ દ્વારા જોડાયેલી બાજુની સાંકળો અને એક મોનોલેયર આ બિંદુઓ પર જોવા મળે છે. આમ, યુકેરીયોટિક સજીવો અને બેક્ટેરિયામાં હાજર એસિડિક બાયલેયર્સ કરતાં પટલ વધુ સ્થિર અને તાપમાનના ફેરફારો સામે પ્રતિરોધક છે. પ્રોટીનઃ તેઓ ઊંચા તાપમાને વિકૃત થાય છે તેથી તેઓએ પણ અનુકૂલન કરવું જોઈએ. આ હાંસલ કરવા માટે, તેઓ પ્રોટીન અને પ્રોટીન સંકુલનો ઉપયોગ કરે છે જેને હીટ શોક પ્રોટીન તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે. તેમનું કાર્ય સંશ્લેષણ દરમિયાન પ્રોટીનને બાંધવાનું અથવા તેને આવરી લેવાનું છે, જે તેને યોગ્ય બનાવવા માટે અનુકૂળ વાતાવરણ બનાવે છે, જે તેને તેની તૃતીય રચના સુધી પહોંચવામાં મદદ કરે છે. વધુમાં, તેઓ તેમના કાર્યસ્થળ પર સમાચારો પહોંચાડવામાં સહયોગ કરી શકે છે. ડી. એન. એ.: વિવિધ પદ્ધતિઓ દ્વારા ઊંચા તાપમાનને પણ અનુકૂળ થશે. પ્રથમ ચક્રીય પોટેશિયમ 2,3-ડાયફોસ્ફોગ્લિસરેટ છે, જે જીનસની માત્ર થોડી પ્રજાતિઓમાં અલગ કરવામાં આવ્યું છે. મિથેનોપીરસ એ હકીકત દ્વારા વર્ગીકૃત થયેલ છે કે તે આ તાપમાને ડીએનએના નુકસાનને અટકાવે છે. ટોપોઆઇસોમરેઝ એ તમામ હાયપરથર્મોફાઇલ્સમાં જોવા મળતું એન્ઝાઇમ છે. તે હકારાત્મક સ્પિનની રજૂઆત માટે જવાબદાર છે જેમાં તે ઊંચા તાપમાન સામે વધુ સ્થિરતા પ્રદાન કરે છે. Sac7d આ પ્રોટીન જીનસમાં જોવા મળે છે અને ડીએનએના પીગળતા તાપમાનમાં 40 ડિગ્રી સેલ્સિયસ સુધીનો વધારો દર્શાવે છે. અને છેવટે હિસ્ટોન્સ કે જેની સાથે આ પ્રોટીન સંકળાયેલા છે અને તેના સુપરકોઈલિંગમાં સહયોગ કરે છે. મેટાબોલિઝમ હાયપરથર્મોફાઇલ્સમાં કેમોલિથોઆટોટ્રોફ્સ અને કેમોરગાનોહેટેરોટ્રોફ્સ સહિત ચયાપચયમાં ઘણી વિવિધતા છે, જ્યારે ફોટોટ્રોફિક હાયપરથર્મોફાઇલ્સ જાણીતા નથી. સુગર કેટાબોલિઝમમાં એન્ટનર-ડૌડોરોફ માર્ગની બિન-ફોસ્ફોરિલેટેડ આવૃત્તિઓનો સમાવેશ થાય છે, એમ્બ્ડેન-મેયરહોફ માર્ગની કેટલીક સુધારેલી આવૃત્તિઓ, કેનોનિકલ એમ્બ્ડેન-મેયરહોફ માર્ગ માત્ર હાયપરથર્મોફિલિક બેક્ટેરિયામાં હાજર છે પરંતુ આર્કિયામાં નહીં. સુગર કેટાબોલિઝમ વિશેની મોટાભાગની માહિતી પાયરોકોકસ ફ્યુરિયોસસ પરના નિરીક્ષણમાંથી મળી છે. તે સ્ટાર્ચ, માલ્ટોઝ અને સેલોબાયોઝ જેવી ઘણી જુદી જુદી શર્કરાઓ પર ઉગે છે, જે કોષમાં એકવાર ગ્લુકોઝમાં રૂપાંતરિત થાય છે, પરંતુ તેઓ કાર્બન અને ઊર્જા સ્ત્રોત તરીકે અન્ય કાર્બનિક સબસ્ટ્રેટનો પણ ઉપયોગ કરી શકે છે. કેટલાક પુરાવાઓ દર્શાવે છે કે ગ્લુકોઝનું કેટાબોલાઇઝેશન સુધારેલા એમ્બ્ડેન-મેયરહોફ માર્ગ દ્વારા થાય છે, જે યુકેરીયોટ્સ અને બેક્ટેરિયા બંનેમાં હાજર જાણીતા ગ્લાયકોલિસિસનું કેનોનિકલ વર્ઝન છે. શોધાયેલા કેટલાક તફાવતો આ માર્ગની પ્રારંભિક પ્રતિક્રિયાઓના સુગર કિનેઝ સાથે સંબંધિત છેઃ પરંપરાગત ગ્લુકોકિનાઝ અને ફોસ્ફોફ્રુક્ટોકિનાઝને બદલે, બે નવીન સુગર કિનેઝની શોધ કરવામાં આવી છે. આ ઉત્સેચકો એ. ડી. પી. આધારિત ગ્લુકોકિનાઝ (એ. ડી. પી.-જી. કે.) અને એ. ડી. પી. આધારિત ફોસ્ફોફ્રુક્ટોકિનાઝ (એ. ડી. પી.-પી. એફ. કે.) છે, તેઓ સમાન પ્રતિક્રિયાઓને ઉત્પ્રેરિત કરે છે પરંતુ એ. ડી. પી. નો ઉપયોગ એ. ટી. પી. ને બદલે ફોસ્ફોરિલ દાતા તરીકે કરે છે, જે એ. એમ. પી. નું ઉત્પાદન કરે છે. અનુકૂલન એક નિયમ તરીકે, હાયપરથર્મોફાઇલ્સ 50 ડિગ્રી સેલ્સિયસ અથવા તેનાથી નીચે ફેલાતા નથી, કેટલાક 80 અથવા 90 ડિગ્રીથી પણ નીચે નહીં. આસપાસના તાપમાને વૃદ્ધિ કરવામાં અસમર્થ હોવા છતાં, તેઓ ઘણા વર્ષો સુધી ત્યાં ટકી રહેવા માટે સક્ષમ છે. તેમની સરળ વૃદ્ધિની જરૂરિયાતોને આધારે, હાયપરથર્મોફાઇલ્સ મંગળ અને યુરોપા જેવા અન્ય ગ્રહો અને ચંદ્ર પર પણ કોઈપણ ગરમ પાણી ધરાવતા સ્થળ પર વિકસી શકે છે. થર્મોફાઇલ્સ-હાયપરથર્મોફાઇલ્સ તેમના કોષોને ગરમી માટે અનુકૂળ બનાવવા માટે વિવિધ પદ્ધતિઓનો ઉપયોગ કરે છે, ખાસ કરીને કોષની દિવાલ, પ્લાઝ્મા પટલ અને તેના બાયોમોલેક્યુલ્સ (ડીએનએ, પ્રોટીન, વગેરે) માટેઃ તેમની લાંબા સાંકળવાળા પ્લાઝ્મા પટલમાં હાજરી અને બેક્ટેરિયામાં સંતૃપ્ત ફેટી એસિડ્સ અને આર્કિયામાં "ઈથર" બોન્ડ્સ (ડાયથર અથવા ટેટ્રેથર). કેટલાક આર્કિયામાં પટલમાં મોનોલેયર માળખું હોય છે જે તેની ગરમી પ્રતિકારકતામાં વધુ વધારો કરે છે. જી. ઓ. ઈ. એસ. અને જી. ઓ. ઈ. એલ. ચેપરોનની અતિશય અભિવ્યક્તિ જે સેલ્યુલર તણાવની પરિસ્થિતિઓમાં પ્રોટીનને યોગ્ય રીતે ફોલ્ડ કરવામાં મદદ કરે છે જેમ કે તાપમાન જેમાં તેઓ વધે છે. પોટેશિયમ ડાયફોસ્ફોગ્લિસરેટ જેવા સંયોજનોનો સંચય જે ડીએનએને રાસાયણિક નુકસાન (ડિપ્યુરિનેશન અથવા ડિપાયરિમિડિનેશન) અટકાવે છે. શુક્રાણુનું ઉત્પાદન જે ડીએનએ, આરએનએ અને રિબોસોમ્સને સ્થિર કરે છે. ડીએનએ રિવર્સ ડીએનએ ગાયરેઝની હાજરી જે હકારાત્મક સુપરકોઈલિંગ ઉત્પન્ન કરે છે અને ગરમી સામે ડીએનએને સ્થિર કરે છે. α-હેલિક્સ પ્રદેશોમાં ઉચ્ચ સામગ્રીવાળા પ્રોટીનની હાજરી, ગરમી માટે વધુ પ્રતિરોધક. ડીએનએ રિપેર હાયપરથર્મોફિલિક આર્કિયામાં ડીએનએ નુકસાનનો સામનો કરવા માટે વિશેષ વ્યૂહરચનાઓ હોવાનું જણાય છે જે આ સજીવોને અન્ય સજીવોથી અલગ પાડે છે. આ વ્યૂહરચનાઓમાં હોમોલોગસ રિકોમ્બિનેશન (ડીએનએ રિપેર પ્રક્રિયા) માં કાર્યરત મુખ્ય પ્રોટીનની આવશ્યક જરૂરિયાત, ન્યુક્લિયોટાઇડ એક્સસિશન રિપેરની ડીએનએ રિપેર પ્રક્રિયાનો સ્પષ્ટ અભાવ અને મ્યુટ્સ/મ્યુટ્સ હોમોલોગ્સ (ડીએનએ મિસમેચ રિપેર પ્રોટીન) નો અભાવ સામેલ છે. ચોક્કસ હાયપરથર્મોફાઇલ્સ આર્કિયા સ્ટ્રેઇન 121, પ્રશાંત મહાસાગરમાં 121 ડિગ્રી સેલ્સિયસ પર રહેતો એક આર્કિયોન. પાયરોલોબસ ફ્યુમેરી, એટલાન્ટિક હાઇડ્રોથર્મલ છીદ્રોમાં 113 ડિગ્રી સેલ્સિયસ પર રહેતો એક આર્કિયોન છે. પાયરોકોકસ ફ્યુરિયોસસ, એક આર્કિયોન જે 100 ડિગ્રી સેલ્સિયસ પર ખીલે છે, તે સૌપ્રથમ ઇટાલીમાં જ્વાળામુખીના વેન્ટ નજીક મળી આવ્યું હતું. આર્કિયોગ્લોબસ ફુલગિડસ મેથેનોકોકસ જાન્નાસ્ચી એરોપીરમ પેર્નિક્સ સલ્ફોલોબસ મેથેનોપીરસ કેન્ડલેરી સ્ટ્રેન 116, મધ્ય ભારતીય પર્વતમાળામાં 80-122 °Cમાં એક આર્કિયોન છે. ગ્રામ-નેગેટિવ બેક્ટેરિયા એક્વિફેક્સ એઓલિકસ જીઓથર્મોબેક્ટેરિયમ ફેરીરેડ્યુસેન્સ, જે યલોસ્ટોન નેશનલ પાર્કના ઓબ્સિડીયન પૂલમાં 65-100 °C માં ખીલે છે. થર્મોટોગા, ખાસ કરીને થર્મોટોગા મેરિટિમા મેસોફાઇલ સાયક્રોફાઇલ થર્મોફાઇલ પણ જુઓ હાયપરથર્મોફિલિક આર્કિયાના વિશિષ્ટ ગુણધર્મો સંદર્ભો વધુ વાંચન કેટલું ગરમ ખૂબ ગરમ છે? ટી-લિમિટ એક્સપિડિશન થર્મોફાઇલ્સ ગીઝર્સ