ЛЕКЦИЯ №7.
Превращение азотсодержащих соединений, соединений серы, фосфора и железа.

Вопросы:

1.Процессы аммонификации.

2.Процессы нитрификации и денитрификации.

3.Процессы фиксации атмосферного азота.

4.Превращение соединений серы, фосфора и железа

1. Превращения органических азотосодержащих  соединений.

Среди органических азотосодержащих соединений первое место по количеству приходится на долю белков. Процесс разложения белков и других азотосодержащих соединений, происходящее при участии микроорганизмов – аммонификация (минерализация) азота. Этот же процесс называют еще гниением. Белки подвергаются разложению как анаэробными, так и аэробными микроорганизмами. Особенно активны представители родов бактерий Pseudomonas, Bacillaceae, Clostridium и Proteus.

Молекулы белков и большинства пептидов имеют большие размеры и не могут проходить через цитоплазматическую мембрану микроорганизмов. Они расщепляются экзоферментами. Протеолитические ферменты, выделяемые микробными клетками в окружающую среду, осуществляют гидролиз пептидных связей в белковых молекулах. Образующиеся при этом полипептиды и олигопептиды поступают внутрь клеток микроорганизмов, где разрушаются внутриклеточными ферментами до свободных аминокислот. Аминокислоты используются для синтеза белка или расщепляются. Расщепление аминокислот может идти  четырьмя путями:

1) Дезаминирование:

Рекомендуемые материалы

RСН₂СНNH₂COOH                RCH=CHCOOH + NH₃

2) Окислительное дезаминирование:

RCHNH₂COOH + ½ O₂                 RCOCOOH + NH₃

3) Восстановительное дезаминирование:

RCHNH₂COOH + 2 Н⁺               RCH₂COOH + NH₃

4) Декарбоксилирование:

RCHNH₂COOH                RCH₂NH₂ + CO₂

Аминокислоты минерализуются с различной скоростью. Метионин и треонин более устойчивы, триптофан, аргинин разлагаются очень быстро. После дезаминирования углеродный остаток подвергается воздействию микробов в аэробных или анаэробных условиях. При этом образуются углекислый газ и различные органические соединения. Если в среде имеются амиды, то они первоначально разлагаются до аминокислот, затем могут быть трансформированы тем или иным путем.

При аэробном распаде белка основными конечными продуктами процесса являются углекислый газ, аммиак, сульфаты и вода. В анаэробных условиях при распаде белка образуются аммиак, амины, углекислый газ, жирные и ароматические кислоты, меркаптаны, вещества с неприятным запахом: сероводород, индол и скатол. При анаэробном расщеплении могут образовываться токсичные соединения (диамины). При разрушении сложных белков освобождаются основные составляющие, то есть белок и связанная с ним простетическая группа. Затем эти соединения (каждое самостоятельно) подвергаются более глубокому разложению. Если в состав белковой молекулы входят сахара, они могут либо окисляться кислородом, либо подвергаться одному из видов брожения.

2. Превращения минеральных азотосодержащих веществ.

Существует 3 процесса превращения минеральных азотосодержащих веществ:

1. Нитрификация – процесс окисления аммиака до азотистой и азотной кислот. Этот процесс осуществляют нитрифицирующие бактерии, их подразделяют на 2 группы:

1) Нитрозные бактерии окисляют аммиак до азотистой кислоты;

2) Нитратные бактерии окисляют азотистую кислоту до азотной кислоты;

Все эти бактерии являются облигатными аэробами. Процесс нитрификации осуществляется на цитоплазматических мембранах бактериальных клеток.

2. Денитрификация – процесс восстановления нитритов и нитратов до оксидов азота и молекулярного азота, осуществляется в анаэробных условиях и ингибируется кислородом воздуха. Этот процесс называется также нитратным дыханием. Способностью к нитратному дыханию обладают большое число видов бактерий, а также некоторые грибы. В наибольшей степени способны к восстановлению нитратов следующие роды бактерий Pseudomonas, Bacillaceae; среди грибов – плесневые грибы: Mucor, Penicillium.

3. Фиксация атмосферного азота. Единственные организмы, способные к азотофиксации – это прокариоты. Эти организмы самостоятельно или в симбиозе с высшими растениями превращают поглощенные молекулы азота в органические соединения и в конечном итоге переводят их в белок. Различают 2 разновидности азотофиксирующих бактерий:

1) клубеньковые бактерии развиваются на корнях бобовые растения;

2) бактерии – свободно живущие азотофиксаторы;

4. Превращения соединений серы, фосфора и железа.

· Превращения соединений серы. При разложении серосодержащих белков и аминокислот происходит дальнейшее восстановление неорганических соединений серы, которые в определенных условиях под действием ферментов микроорганизмов могут восстанавливаться до сероводорода, а восстановленные соединения серы могут подвергаться окислению. Среди активных окислителей, восстановленных неорганическими соединениями серы, можно выделить 4 группы микроорганизмов:

1) тионовые;

В лекции "49 Социальный мониторинг и его индикаторы" также много полезной информации.

2) нитчатые формы;

3) фотосинтезирующие зеленые и пурпурные серные бактерии;

4) хемоорганотрофные организмы – представители родов Pseudomonas, Bacillaceae, Penicillium и Aspergillus;

Серобактерии широко распространены в природе, они окисляют сероводород в 2 фазы. На 1-й фазе происходит окисление сероводорода до свободной серы, которая откладывается в протоплазме клеток в виде полужидких капель. В отсутствие водорода наступает 2-я фаза – окисление серы в серную кислоту. То есть сера в клетках серобактерий является запасным энергетическим материалом, а окислительный процесс играет роль дыхательного процесса.

· Превращения соединений фосфора. Эти превращения сводятся к минерализации органического фосфора и к переводу фосфорнокислых солей из менее растворимых в более растворимые формы. Минерализацию вызывают гнилостные бактерии.

· Превращения соединений железа. В природе распространено окисление закисных солей железа в окисные. Этот процесс осуществляется особой группой железобактерий, которые поглощают из окружающей среды растворенные в воде закисные соли (Fe²⁺) и превращают их в Fe(OH)₃. Этот процесс  чаще всего осуществляют нитчатые бактерии.