Topic  3  Archaea    

Proper.es  of  Archaea  •   No  archaeal  human  pathogens  •  size  is  usually  0.5–5  microm  in  diameter  •  similar  shapes  to  Bacteria/Eukarya  

–  Also  squares  and  rectangles  •  The  Cytoplasm:  

–   cytoplasm  molecules  similar  to  Bacteria  –  inclusion  bodies  (e.g.  gas  vacuoles)    –  singular,  circular  chromosomes  and  lack  a  membrane-­‐bound  

nucleus  –   Many  of  the  DNA  replica.on  enzymes  of  Archaea  “look”  

like  those  of  Eukarya  –   Development  of  histones  may  have  been  an  early  “branch  

point  event”  in  the  evolu.on  of  Archaea  and  Eukarya.  –  histones  form  structures  that  DNA  wraps  around  (dierent  in  

Archaea  from  Eukarya)  •  Is  a  tetramer  wraped  in  60pb  length  of  nucleo.de  

•  Cytoskeletal  homologues  found  in  both  other  domains  –  Ta0583,  an  ac.n  homolog  resembles  eukaryal  ac.n  –  Some  cytoskeletal  proteins  more  closely  resemble  those  in  

bacteria  •  The  Cell  Envelope  

–  all  Archaea  possess  a  plasma  membrane  –   most  have  a  cell  wall  –   both  structures  are  different  from  their  equivalents  in  the  

other  domains  

The  Plasma  Membrane  

•  unique  bilayer  construc.on  •  glycerol-­‐1-­‐phosphate  (isomer  of  

G3P,  seen  in  bacteria)  •  phytanyl  side  chains  (repea.ng  

isoprene  units)  –  Isoprene  are  repea.ng  units  of  

five  carbons.  Phytanyl  side  chains  are  four  units  of  isoprene  units  and  are  therefore  20  carbon.  

•  Ether  linkages  •  monolayers  in  some  Archaea  

–  phosphoglycerol  molecule  on  both  ends  

–  very  stable,  oZen  seen  in  archaeons  living  in  high-­‐temperature  

The  Cell  Wall  and  Cell  Surface  •  composed  of  pseudomurein  •  polysaccharide,  similar  to  

pep.doglycan  –  NAG  and  NAT  (bacteria  is  NAG  and  

NAM)  –  beta-­‐1,3  linkages:  lysozyme  insensi.ve  

•  Cell  Surface  –  S-­‐Layer  

•  protect  against  preda.on/viruses  •  mediate  adhesion  

–  Cannulae  •  hollow  glycoprotein  tubes  •  link  cells  together  to  form  a  complex  

network  •  send  nutrients  to  and/or  send  signals  to  

neighbors    

–  Flagella  •  similar  to  bacteria  in  func.on  •  But,  thinner  and  has  two  subunits    which  are  added  at  the  base  

Diversity  of  Archaea  •  two  major  phyla  

–   Crenarchaeota  =  Extremophiles  includes:  •  Hyperthermophiles,  Thermophiles,  Mesophiles,  and  Psychrophiles  

•  Acidophiles  love  low  PH  •  Barophiles  love  high  pressure  

–   Euryarchaeota:  •   Halophiles  love  salt  •  Methanoges  hate  oxygen  

•  three  other  phyla  have  been  proposed  –   Korarchaeota  (from  rRNA  sequencesobtained  

from  nonculturable  microbes)  –  Thaumarchaeota  (low  temperature  former  

Crenarchaeota,  many  oxidize  ammonia  –  Nanoarchaeota  (with  only  one  current  

member:  the  symbio.c  archaeon  Nanoarchaeum  equitans)  

Crenarchaeota  adap.on  to  Extremes  

•  tetraether  lipids/lipid  monolayers  •  modified  proteins  

–  more  alpha-­‐helical  regions  –   more  salt  bridges/side  chaininterac.ons  

–  more  arginine/tyrosine  –   less  cysteine/serine  

•  strong  chaperone  protein  complexes  

•  thermostable  DNA-­‐binding  proteins  •  reverse  DNA  gyrase  enzyme  to  increase  DNA  supercoiling  

•  YOU  DO  NOT  SEE  A  CHANGE  IN  CG  CONTENT  IN  DNA  

Euryarchaeota;  Halophiles  •  require  NaCl  concentra.on  >  1.5M  (5  

to  34%  salinity)  •  very  high  intracellular  [K+]  offsets  very  

high  extracellular  [Na+]  •  Poten.al  for  DNA  denaturing  

–  higher  GC  content  (stronger  bonds)  –  Protein  denaturing  need  highly  acidic  

proteins  that  remain  more  stable  in  high  salt  environments  

•  Phototrophic,  use  bacteriorhodopsin  (red)  to  produce  a  PMF  

Euryarchaeota;  Methanogens  •  Mul.ple  energy  pathways:    

–  CO2  +H2  (hydrogenoclas6c  means  breaking  down  hydrogen)  to  produce  CH4  and  H2O  

–  Or  can  use  Acetate  (CH3CO2  -­‐  which  is  acetoclas6c)  –  Or  C1  (methanol  -­‐  methylotrophic  methanogens)  

•  energy  released  can  be  used  to  fix  C  •   strict  anaerobes  •  Methanogen  Habitats:  

–  Anoxic  sediments  •  marshes/swamps,  lakes,  rice  paddies,  moist  landfill  

–  Animal  diges.ve  tracts  •  ruminant  animal  rumen  (canle,  sheep,  elk,  deer,  camels)  •  cecal  animal  *cecum*  (horses,  rabbits)  •  large  intes.ne  of  monogastrals  (humans,  swine,  dogs)  

–  Geothermal  H2/CO2  sources  –  Hydrothermal  vents  –  Ar.ficial  biodegrada.on  facili.es  

•  sewage  sludge  digestors    –  Endosymbionts  of  anaerobic  protozoa    –  Termite  gut  symbionts  

•  have  an  electron  carrier  called  F420  fluorescent  green  

Volta  Experiment  

Ignicoccus  (Crenarchaeota)  and  Nanoarchaeum  (Nanoarchaeota)  

•  Obligate  parasite  of  the  crenarchaeote,  Ignicoccus    

•  Nanoarchaeum  have  no  metabolic  genes,    only  carries  genes  for  replica.on,  transcrip.on  and  transla.on  

•  Ignicoccus  has  a  large  pariplasmid  where  ATP  is  created,  almost  accomidates  nanoarchaeum  

•  Nanoarchaeum  can  create  a  s-­‐layer  while  ignicoccus  can  not  –  This  could  possibly  provide  

protec.on.