А.И. Нетрусов, И.Б. Котова - Микробиология (1125593), страница 29
Текст из файла (страница 29)
Аммиак хорошо проникает в клетки и окисляется по монооксигеназному механизму: 1) Х Н, + '/~О, — в )х1НтОН вЂ” промежуточное соединение, гидроксиламин. Эта реакция идет с затратой энергии в виде восстановителя; 2) ХН,ОН + НзО -в НХО, + 4Н' + 4е — это энергодающий процесс, электроны переносятся на уровень цитохромов Ь и с. А ТФ цит.
в, ККН~~~Н | ~ îâ Таблица 21 Некоторые свойства клеток иитрифиваторов ! фазы Форма клеток Род Подвижность Палочки В активной фазе роста имеют полярные жгутики, в при- крепленном состоянии образуют биопленки Кокки или эллипсы Спирали Л Плхюсоссив ЛЧ(лэяилр1га /МплиоЬЬив Плейоморфиые палочки с лопастями В фазе расселения имеют пернтрихиадьное жгугико- вание, в стационарной фазе образуют биопленки Л ДлиоьчЬло Вибрионы 169 ХН(+ОН Н,О Переела Рис. 125. Пространственная схема ЗТЦ окисления субстратов иитрификаторами ! фазы (МΠ— монооксигеназа; ГАОР— гидроксиламии- оксидоредуктаза) Клетка тратит большое количество субстрата для обратного переноса электронов и выработки НАДН, который используется при фиксации СОз (рис. (25).
Именно поэтому нитрификаторы медленно растут (8 > 24 ч) и накапливают мало биомассы. Гидроксиламиноксидоредуктаза — это фермент с молекулярной массой около 200 кДа, имеющий структуру аз!)з и находящийся в пери- плазме. С помощью меченых соединений показано, что осуществляются следующие реакции: 1ЧНзОН -+ (НХО) + 2Н'+ 2е (ННО) + НзОе -э НХО$ + 2Н'+ 2е С активностью этого фермента связаны также активности монооксигеназы аммиака и цитохромоксидазы.
Интересно отметить, что вырастить клетки на среде с гидроксиламином не удается (без аммиака гидроксиламин целыми клетками не окисляется). Микроорганизмы Ц стадии (ХО, — з 1ЧОз) обычно поселяются рядом с микроорганизмами ! стадии. Это грамотрицательные, в основном неподвижные клетки, образующие биопленки (табл. 22).
У первых двух родов имеются разрастания ЦПМ в виде тилакоидов. Организмы растут в аэробных (или микроаэробных) зонах, являются нейтрофилами (оптимум рН 7,5) и мезофилами с оптимумом температуры роста 28 — 30'С. Они чувствительны к повышенной концентрации нитрата и кислорода. При низком рН (< 5,0) (70 нитрит диспропорционируется на нитрат и оксид азота. Если рН > 7,0, то микроорганизмы проводят реакции с участием фермента иитритоксидоредуктозы, мембрансвязанного белка, содержащего ион молибдена и железосерный кластер: ХО, + Н20-+ )ЧО, + 2Н'+ 2р 2Н'+ 2е+ '/20~ -+ Н20 Таблица 22 Некоторые свойства клеток нитрификаторов Н фазы Подсчитано, что при окислении 14,5 моля !ЧО, в 1ЧОз образуется 4 10' клеток АЧггоЬасгег, при этом время генерации составляет 10 — 100 ч. На фиксацию 1 моля СО, требуется 85 — 115 молей )ЧО, (или для фиксации 1 г СО, нужно окислить 35 г ХО2).
Установлено, что клетки МвоЬасгег используют только 2 — 10% энергии, заключенной в ХО,. Процесс образования карбоксисом для бактерий 11 фазы более редок, имеется развитая система мембран. Редокс-потенциал пары нитрит/нитрат равен +400 мВ, и электроны переносятся на уровень цитохромоксидазы, поэтому в результате генерируется 1 молекула АТФ (одно место сопряжения). АТФ также может образовываться за счет трансмембранного градиента протонов.
Подсчитано, что для получения 1 моля НАДН необходимо окислить 5 молей нитрита с обратным переносом электронов. Все нитрификаторы П фазы фиксируют углекислоту в цикле Кальвина, но способны и к миксотрофному росту. Некоторые представители ФйгоЬасгег могут расти гетеротрофно. Часть нитрификаторов способна использовать органические вещества (ацетат, казеин, пируват и т.д.), но преимуществ в росте при этом не получает. Процесс окисления аммиака в анаэробных условиях всегда идет автотрофно. Некоторые гетеротрофные почвенные бактерии способны к так называемому процессу гетеротрофного окисления аммиака (аммония).
При таком процессе ионы аммония окисляются до нитрата через гидроксиламин в качестве промежуточного соединения, а организмы не получают полезной метаболической энергии. Этот процесс наносит вред сельскому хозяйству, поскольку приводит к вымыванию связанных форм азота из почвы вследствие перевода аммонийного азота в более растворимые формы нитратного. Водородные бактерии окисляют молекулярный водород и ассимилируют СОь У аэробных форм конечным акцептором электронов служит кислород.
Растут автотрофно на очень простой среде, по сути дела осуществляя реакцию «гремучего газа». Водород — очень энергоемкий субстрат, дающий до трех молекул АТФ при прохождении электронов в ЭТИ (рис. 126). С этим 171 Нз НАЙН вЂ” ФП вЂ” УХ вЂ” цнт. в, с, а — Оз П Рнс. 126. ЭТЦ водородных бактерий при росте в автотрофных условиях Табл и ца 23 Некоторые представители водородвсвользуювгих микроорганизмов Группа микроорганизмов Микроорганизм Пугьфнксвннн СО, АЬзз11еепт еигпзрйиз А.
ЬуйодепорЫГиз Автотрофы н мнксотрофы Цикл Кальвина Цикл Кальвина Адиазртйит аигаиорйгсит Цикл Кальвина АлЬгоЬасгег зр. 11/х Цикл Кальвина ВгасзугсигрЬГит 1аропгсмт НуйояепоЬастег гделпорИ!из Цикл Кальвина Цнкв Ариона Мгспзсус!из еЬгипеиз Цнкв Кальвина ЛфсоЬасмлит Ьолтапае Рогасассиз НепйлУ)сапе АсесоЬассепит и 1елсврзе Цикл Кальвина Ацетил-КоА-пуп Ацетогены Ацетил-КоА-путь Асегаеетит lсИи1 Ацетил-КоА-пуп Сйкоайит асеггсит МегйапаЬгеи Ьастег агЬол рййиз Ацетил-КоА-путь Ацетнл-КоА-путь Метаногены Мегйапоеагппа Ьаг)сел' Ацетил-КоА-путь Суп ьфнаогены ОеяиЬОЬастег ЬуйаяепарИ!из Ацетнл- КоА-путь ОезиКоЬас~епит аигаггорИсит Ацетнл-КоА-путь 172 субстратом работают ферменты гидрогеназы, которые бывают двух типов: поглощающая (у водородокисляющих микроорганизмов) и выделяющая (у микроорганизмов, образующих водород в процессе брожений, фототрофов и т.д.).
Обычно водород в атмосфере не накапливается, так как происходит реакция «гремучего газа». 2Н, + О, -» 2Н,О. Микроорганизмы проводят зту реакцию постепенно, в несколько стадий. Водородиспользующие микроорганизмы найдены во многих систематических группах(табл. 23). А(са((йепез еиггорйие обладает цитохромами а, Ь, с, причем высокие концентрации цит. с обнаруживаются в периплазме. Этот микроорганизм имеет две плазмиды — большую и маленькую. Уста- новлено, что некоторые компоненты гидрогеназ и ферментов цикла Кальвина закодированы в плазмидах.
Организм имеет два типа поглощающей гидрогеназы — растворимую и мембрансвязанную, содержащие в своем составе Н1~'. Первая поставляет восстановленные пиридиннуклеотиды в цикл Кальвина, вторая восстанавливает НАД', окисляющийся в ЭТЦ. Регуляция этих ферментов осуществляется по типу репрессии-дерепрессии. Организм является факультативным автотрофом и может аэробно расти на средах с глюкозой. Нуйгоаепобасгег глегторЫЫз — типичный градиентный организм, растет при температуре 70 С на среде с Н,: СО,: О, = 75: 1О: 15 и при этом имеет «анаэробный» цикл фиксации СО~ (восстановительный ЦТК, модифицированный цикл Ариона).
Углекислота фиксируется в следующих реакциях цикла: ацетил-КоА» СО, » пируват; пируват + СО~ — > оксалоацетат; сукци пил- КоА + СОг — » оксоглутарил- КоА; оксоглутарат + СО, — » изоцитрат Этот микроорганизм является облигатным автотрофом, не содержащим ферредоксина в ЭТЦ, а его пируват- и 2-оксоглутаратдегидрогеназы — не НАД'-зависимые. Вгаг7уг1птоЫитп /аротсит имеет нитрогеназу, выделяющую Н,, а при пониженном содержании кислорода наряду с питрогеназой экспрессируется и гидрогеназа, связанная с мембранами и содержащая М~'.
Те диазотрофы, которые могут использовать как дополнительный источник энергии молекулярный водород, получают экологическое преимушество. Ферменты литотрофного метаболизма дерепрессируются низким содержанием (1 — 2%) кислорода. Когда клетки растут в виде бактероидов в клубеньках, они синтезируют цит. Р«м, цит. с и флавопротеин-цитохромоксидазу, а в чистой культуре — цит. а, при этом конечные звенья ЭТЦ разветвлены. Применение водородных бактерий связано с получением белка в качестве кормовой добавки. Молекулярный водород при этом получают электролизом воды, естественно, затрачивая энергию гидроэлектростанций.
Водородные бактерии могут использоваться как поглотители углекислоты в замкнутых системах (подводные лодки, космические корабли и станции). Эти микроорганизмы интересны и как источник природных полимеров. Такие вещества (самое известное и распространенное — поли-()-оксимасляная кислота) синтезируются в качестве запасного продукта до 90 % по массе при росте водородных бактерий на глюкозе. Природные термопластики легко разрушаются микроорганизмами, поэтому они перспективны для применения в качестве добавок к упако- !73 вочным материалам. Если такое вещество добавить к полиэтилену или полипропилену, то их разложение в природе пойдет значительно быстрее.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
