А.И. Нетрусов, М.А. Егоров - Практикум по микробиологии (1125598), страница 130
Текст из файла (страница 130)
также разд. 24.3). Нитрификаторы прелставлены двумя группами, каждая из которых проводит один из двух этапов окисления азота. Бактерии, окисляющие аммоний до нитритов, принадлежат к родам гагговооюлас, гагговососсав, Р/Цгово1оЬив, Мггозовр(га, /тйговотЬгГо. Из бактерий, осуществляющих вторую фазу нитрификации (перевод нитритов в нитраты), лучще других изучены представители родов ИвоЬасгеп Ауггососсий Аугговрйа, Мгговрта. Процессу нитрификации прелшествуют поглощение ХН» и перенос его через ЦПМ с помощью медьсодержащей транслоказы. Окисление )чу происходит на клеточных мембранах.
Первую фазу нитрификации можно выразить уравнением: )ЧН 4+ 1,5 02 -+ )чОг- ь НзО + 2Н ', Аб" = — 272 кДж/моль, веорук~ фазу '— ХОт- + 0,5 Оз -+ 1ЧОп, Лб" = -73 кДж/моль. Результаты многочисленных исследований позволяют считать, что субстратом для нитрификации первой фазы, видимо, является не аммоний, а аммиак, который превращается в нитрит в результате двух последовательных реакций. В первой из них участвует Си-содержащая, мембраносвязанная монооксигеназа: )ЧНз+ Ор+ НАДН+ Н'-+ )ЧЖОН+ Н,О+ НАД' Гидроксиламин далее ферментативно окисляется до нитрита: 1чН,ОН + О, -+ ЖО; + Н20 + Н' Полагают, что сначала пщроксиламин превращается в нитроксил (Н)чО), а также сксид азота в связанной форме: ИНзОН -+ (Н)чО) -+ ()чО) -+ ХОп Окисление гидроксиламина сопряжено с функционированием дыхательной электронтранспортной цепи (ЭТЦ), в которую входят цитохромы типов с и а, а также гермипальная оксидаза. Конечным акцептором служит молекулярный кислород.
Действие дыхательной системы приволит к синтезу АТФ. Часть энергии Линь видимо, расходуется на образование НАДН, необходимого лля ряда биосинтетических резкций в результате обратного переноса электрона, поскольку редокс-потенциал 1тщзоксиламина недостаточен для его прямого восстановления. Реакцию окисления интрига в нитрат катализирует Мо-зависимая мембраносвяанная нитритоксидоредуктаза.
В состав ЭТЦ нитрификаторов второй фазы входят ци. схромы ао с, и аа,. В условиях высокого содержания в среде молекулярного кислорода функцию терминальной окснцазы может выполнять цитохром о. Автотрофные нитрификаторы распространены в почве, а также различных пресных л соленых водоемах, в сточных волах, на горных породах, на каменных и железобетоняых строениях. В своей деятельности цитрификаторы развивакпся совместно с микротрганизмаыи, осуществляющими минерализацию (аммопификацию) азотсодержащих 441 органических веществ и приводящими к накоплению исходного субстрата нитрифика- ции — аммиака. Для вьгделения накопительной культуры нитрифицирующих бактерий используют среду Зияаградскога для лигарификааюрпв (состав см.
в гл. 51), которую разливают в колбы объемом 50 мл по 15 мл в каждую (высота слоя среды должна быть 1,0 — 1,5 см). В каждую колбу вносят на кончике шпателя небольшое количество СаСО,. Посевным материалом служит почва. Колбы помепгают в термостат на 30 С. Через 1 — 3 недели о развитии нитрификаторов судят по появлению в среде нитритов и (или) нитратов. Для их обнаружения проводят качественные реакции на нитриты — с реактивом Грисса или с помощью крахмал-йодной реакции — и на нитраты с дифениламином. Рост нигрифицирующих бактерий ведет также к цодкислению среды. Качественные реакции на нитриты. ° Реакция на нитриты с реактивом Грисса основана на образовании в кислой среде в присутствии нитритов и ароматических аминов (сульфаниловой кислоты и а-нафтиламина) азотсоединения, окрашенного в красно- розовый цвет. Для обнаружения нитритов к капле реактива Грисса на керамической пластинке добавлщот каплю выросшей жидкой культуры или культуральной жидкости.
Появление красного окращивания свидетельствует о присутствии нитритов. ° Крахмал-йодная реакция основана на том, что нитриты в кислой среде окисляют йодистый цинк с выделением йода, присутствие которого обнаруживают с крахмалом. Для проведения реакции к капле выросшей жидкой культуры на керамической пластинке добавляют каплю раствора, содержащего ХпС1п К1, крахмал и каплю 5%-го раствора НС1. При наличии в среде нитритов появляется синее окрашивание. Качественная реакция на нитраты. ° На белой керамической пластинке несколько кристаллов дифениламина растворяют в капле концентрированной серцой кислоты и к смеси добавляют каплю исследуемой жидкой культуры.
При наличии нитратов возникает синее окрашивание. Контролем служит исходная стерильная среда. Следует иметь в виду, что пробу на нитраты можно проводить только в отсутствие нитритов, так как последние тоже дают синее окрашивание с дифениламином. Изменение значения рН среды определяют с помощью бромтимолблау (в качестве контроля используют исходную стерильную среду). Накопительную культуру микроскопируют в препарате раздавленная капля» и отмечают морфологические особенности выросших бактерий и их подвижность. Аааммоке-процесс. В конце 90-х голов ХХ в.
было экспериментально выявлен процесс анаэробного окисления аммония, фактически анаэробная нитрификация. Возможность такого процесса предсказывалась еще в 80-х годах Е. Бродой. В настоящее время анаммокс-процесс обнаружен в сточных водах, а бактерии, осуществляющие его, получили название «аааммокс-баюаераи», В чистые культуры эти микроорганизмы пока еще не выделены, однако двум из организмов уже били даны предварительные названия саадыаом «Вгасадга аааттохи1аае» и «киепета лгилхагггеаеь» (к8).
суммарно анаммокс-процесс махою представить в следующем виде: 442 )чН«+ 1»1Оэ — + НэΠ— > 1»12+ 2Н~О Таблица 38.1 Сравнительная характеристика процессов аэробного и анаэробного окисления аммония* Ннгрнфнкация (например, №ггигоогоааг '30.) Анаммокс процесс (например„дг осаоуо зр.) Параметр Елинг!цы лчНл + 1,503 -+ л'лО3+ + Н,О+ 2Н' -275 0,08 14Нл + ЫО3+ Н,О -л -3 Ы, + 2Н30 -357 0,07 Реакция кДж/моль мольС/моль 14Н 200 — 600 60 0,04 (аэробиоз) 0,73 5 — 2600 10 — 50 0,003 (ацаэробиоз) 10,6 5 < 5 ' киеггеа д 6., .геггеа м о.
м. ехггаогалпагу анаегоьлз агвпгоплню-Охыыпя ьаслепа. — 2001. Азм ЬЛелле. — Ъ'. 67(7). — Р. 456 — 463. Процесс анаэробной нитрификации протекает как минллмум на порядок медленнее аэробного процесса. Сравнительные характеристики классической нитрификации и анаммокс процесса приведены в табл. 38.1. Гетеротрофная нитрифнкация. Многие хемоорганогетеротрофные бактерии, принадлежащие к родам Аггбгабасгег, Р!аоабасгег!ит, Хагггбоагагаз, Рзеиг!огнопаз, А!са!!8енег, !уасагг)!а, 6ггергаагусег, и некоторые другие способны окислять аммиак и другие азотсодержащие органические вещества, образуя при этом гидроксиламин.
нитриты, нитраты, гидроксамовые кислоты, оксид и закись азота, а также другие продукты. Гетеротрофная нитрификация, однако, ие обеспечивает эти микроорганизмы энергией. Одна из предполагаемых схем процесса выглядит следуюшим образом: Возможно, этот процесс связан с разрушением перекиси водорода, которая образуется микроорганизмами под действием пероксидазы.
Образующийся при эплМ актианыи кислород Окисляет )~Н3 ДО ) 03 38.4. ДЕНИТРИФИКАЦИЯ Денитрификация — это процесс восстановления нитратов до нитритов и далее до какой-либо из газообразных форм азота (Окиси азота, закиси азота и молекулярного азота): ХО3 — 3 НО3 -3 )х(Π— 3 Нзо -3 Хз Способность к денитрификации обнаружена у многих почвенных и водных прокариот, среди них фото- и хемотрофы.
Наиболее часто она встречается у грамположительных бактерий из родов !гас!(!из и М!сгглсоссиг, а также у грамотрицательных бактерий, принадлежащих к роду Рзеиг!оагоггак Денитрификаторы — факультативные ана- 443 Свободная энергия Выход биомассы Скорость процесса: в аэробных условиях в анаэробных условиях: 8 Кг (МНл) К,, (ЫН~) К,'(О,) ' КЫН3 — ИЧ Н ОН вЂ” КЫΠ— В)3) О3 — В)!О нмоль/мин мг белка НМОЛЬ/МИН МГ белка л-! сут мкМ мкМ мкМ эробы, переключаюшиеся на денитрификацию только в отсутствие кислорода.
В азробных условиях эти микроорганизмы осуществляют процесс кислородного дыхания. В анаэробных условиях денитрификаторы используют нитраты и нитриты как конечные акцепторы электронов при окислении органических субстратов для получения энергии. Серная бактерия Т1»оъап11из дев!1 77сааз восстанавливает нитраты в процессе окисления серосодержаших соединений. В процессе денитрификации каждый из четырех восстановительных этапов катализируется специфической мембраносвязанной релуктазой. Электрон-транспортные цепи ленитрификаторов в анаэробных условиях содержат флавопротеины, хиноны, цито- хромы типов е и с (цитохромоксидазы в этих условиях не синтезируются). Выхол энергии при дешпрификации только на 10% ниже, чем при кислородном дыхании. Иногда ленитрификацшо называют анаэробным нитратным дыханием или диссимнляционной нитратрелукцией, хотя это не совсем верно.
Так же как и денитрификация, диссимиляционная нитратредукция осуществляется в анаэробных условиях, а клетка получает энергию за счет использования !чО, как конечного акцептора электронов. Однако образования восстановленных газообразных форм азота в этом процессе не происходит, а восстановление нитрата заканчивается образованием интрига. Нитратное дыхание широко распространено среди прокариот, встречаясь у представителей более чем 70 родов.
Восстановление нитратов может происходить также и химическим путем за счет водорода, образующегося в анаэробных условиях. Денитрификация — одна из причин обеднения почв азотом и неполного использования растениями вносимых в почву азотных удобрений. В то же время этот процесс имеет большое экологическое значение в связи с тем, что он восстанавливает баланс азота в атмосфере, являясь единственным исто ~ником атмосферного азота, а также предохраняет водоемы от чрезмерного накопления в них нитратов, вымываемых из почв.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
