SINICE - Cyanobateria
Ilustracje kilku sinic wg H. Miehe i W. Mevius / Leipzig 1944/
Dr
Henryk 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
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
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
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.
Dokument chroniony
prawami autorskimi
Henryk
Różański
Krosno 2003
