Heterocyt je transparentní, silnostěnné dusík fixace buněk , které tvoří v vláken některých sinic , jako nostoc punctiforme , Cylindrospermum stagnale nebo Anabaena sphaerica . Tyto buňky opravit dusík od dusného (N 2 ) ve vzduchu za použití enzymu nitrogenase . To pomáhá dodávat buňkám dusík nezbytný pro jejich biosyntézu. Nitrogenáza je inaktivována kyslíkem. Heterocysty musí vytvářet anaerobní nebo mikroaerobní prostředí. Tedy struktura a Specifická fyziologie heterocyst vyžaduje celkovou změnu genové exprese . Například heterocysty:
Sinice mohou během fotosyntézy často fixovat uhlík jako cukry . Absence fotosystému II, který štěpí vodu, brání fotosyntéze v heterocystách. Vegetativní buňky tedy musí dodávat cukry do heterocyst ve formě sacharózy . Fixovaný uhlík a dusík jsou vyměňovány kanály přítomnými mezi buňkami vlákna. Heterocysty udržují fotosystém I , který jim umožňuje produkovat ATP cyklickou fosforylací.
Heterocysta se nachází každých 9 až 15 buněk, což je vzor nacházející se podél vlákna. Interval mezi dvěma heterocystami zůstává přibližně konstantní navzdory dělení buněk. Bakteriální vlákna lze považovat za mnohobuněčné organismy se dvěma odlišnými a vzájemně závislými typy buněk. Takové chování je u prokaryot poměrně vzácné, ale mohlo by odpovídat jednomu z prvních příkladů výskytu mnohobuněčnosti během evoluce . Diferenciace na heterocystu je nevratný jev. Kromě toho se některé bakterie s heterocystami mohou diferencovat na buňky podobné spórům, které se nazývají akinetes nebo pohyblivé buňky zvané hormonogonie , čímž vytvářejí prokaryoty sinic s širokou škálou fenotypů .
Termín heterocyt pochází ze staré řečtiny : ἕτερος, ( heteros, „ostatní“) az cystis , „pytle“.
V prostředí chudém na dusík je diferenciace heterocyst indukována transkripčním regulátorem NctA. NctA ovlivňuje diferenciaci heterocyst prostřednictvím signálních proteinů zapojených do procesu diferenciace. Například NctA řídí expresi několika genů včetně HetR, což je gen nezbytný pro diferenciaci heterocyst. Tento protein je nezbytný, protože umožňuje zvýšit transkripci jiných genů, jako je hetR , patS nebo hepA , vazbou na jejich promotory a následným působením jako transkripční faktor . Je také důležité poznamenat, že výraz z nctA a Herr , jsou na sobě závislé, a jejich přítomnost bude podporovat diferenciaci do heterocyt. Nedávno bylo také prokázáno, že jiné geny, jako je patA nebo hetP, regulují diferenciaci na heterocysty. PatA pomáhá určit interval mezi heterocystami uvnitř vlákna a hraje roli v dělení buněk . PatS ovlivňuje strukturu heterocyst inhibicí diferenciace na heterocystu, když se skupina diferenciačních buněk spojí a vytvoří proheterocystu (nezralou heterocystu). Údržba heterocyst závisí na enzymu zvaném HetN. Tvorba heterocyst je inhibována přítomností fixního zdroje dusíku , jako je amonium nebo dusičnan .
Bakterie mohou navázat symbiotický vztah s určitými rostlinami. V takových vztazích bakterie nereaguje na dostupnost dusíku, ale na signály produkované rostlinou a stimulující diferenciaci na heterocysty. Až 60% buněk se pak může diferencovat na heterocysty, což umožňuje dodávat rostlině fixovaný dusík, který výměnou dodává bakteriím fixovaný uhlík. Signál produkovaný rostlinou a stav diferenciace ovlivněných heterocyst jsou stále neznámé. Rostlinami generovaný symbiotický signál je navržen tak, aby působil před aktivací NctA, protože pro diferenciaci je vyžadován HetR. Pro symbiotickou asociaci s rostlinou je známo, že nctA je nezbytný, protože bakterie mutovaná v genu nctA nemůže infikovat rostlinu.