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Lexikon der Biologie: Halobakterien

Halobakterien [von *halo- , griech. baktērion = Stäbchen], Halobacteriaceae, Familie der Halobacteriales, die nach molekularbiologischen Untersuchungen den Euryarchaeota der Archaebakterien zuzuordnen ist; früher Familie in der Gruppe der gramnegativen aeroben Stäbchen (Halobacterium) und Kokken (Halococcus), wo sie in der Gruppe der extrem halophilen Bakterien zusammengefaßt wurden. Halobakterien sind dadurch charakterisiert, daß sie hohe Kochsalzkonzentrationen (NaCl; Natriumchlorid) zum Leben benötigen; mindestens 1,5molar (8%, einige Stämme), meist 3–4molar (17–23%) NaCl; zu geringe NaCl-Konzentrationen inaktivieren Stoffwechselreaktionen, und die Proteinzellwand (Glykoproteine durch Natriumionen stabilisiert, kein Murein) zerfällt, so daß die Zellen zerplatzen. Einige Gattungen, z.B. Natronococcus oder Natronobacterium, benötigen zusätzlich extrem alkalische Bedingungen zum Wachstum (pH 9–11). Halobakterien sind beweglich (lophotriche Begeißelung; Bakteriengeißel) oder unbeweglich, meist obligat aerob; nur wenige können auch anaerob wachsen. Im chemoorganotrophen Stoffwechsel werden hauptsächlich Aminosäuren und Kohlenhydrate abgebaut. Halobakterien sind in der Natur dort weit verbreitet, wo hohe bis gesättigte Salzlösungen vorliegen (z.B. Salzseen, Totes Meer, Großer Salzsee in Utah, in Salzgärten bei der Meersalzgewinnung) oder auf gesalzenem Fisch und anderen mit (Meeres-)Kochsalz konservierten Lebensmitteln. Meersalz kann 105–106 Zellen pro g enthalten, die mehrere Jahre lebensfähig bleiben. Die Zellen sind durch Carotinoide gelb-rot gefärbt. Bei geringen Sauerstoffkonzentrationen werden in der Cytoplasmamembran dunkelrot-violette Flecken (Purpurmembran) ausgebildet, die Bakteriorhodopsin (und andere Rhodopsine; Bakterioopsin) enthalten. Mit diesem Membranprotein, das als lichtgetriebene Protonenpumpe wirkt, wird eine spezielle Art der Photophosphorylierung (ATP-Bildung) durchgeführt. Halobakterien haben – offensichtlich aufgrund ihres ungewöhnlichen Milieus: ca. 20–25%ige Salzlösungen, Wassertemperaturen von etwa 35 °C und dadurch bedingte geringe Sauerstoffkonzentrationen – eine Reihe von nah verwandten, lichtaktivierbaren, Retinal enthaltenden Membranproteinen entwickelt, die ihre physiologischen Aktivitäten steuern. Neben lichtgetriebenen Ionenpumpen (BR-Protonentransport, Halorhodopsin-Chloridionen-Transport), die für eine Aufrechterhaltung des innerzellulären Ionenmilieus sorgen, finden sich Pigmente, die den Halobakterien phototaktisches Verhalten erlauben (Sensorhodopsine 1 und 2). Bei der Weiterleitung der Lichtreaktion dieser phototaktischen Pigmente (Phototaxis, Sehfarbstoffe), die zu einer Stop- oder Umkehrreaktion des Flagellenmotors und damit zu einer Änderung der Schwimmrichtung des Bakteriums führt, ist die Beteiligung von Fumarat (Fumarsäure) als sekundärer Bote nachgewiesen. Die Änderung der Eigenschaften und Spezifität dieser Retinalproteine wird durch den Austausch nur relativ weniger Aminosäuren erreicht. Sowohl die hohe Hydrophobizität als auch das in anderen Klassen von Membranproteinen noch weiter verbreitete Motiv von 7 α-helikalen, die Membran durchquerenden Segmenten ist in all diesen Membranproteinen bei den Halobakterien hochkonserviert erhalten. Halorhodopsin.

G.S.

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