Тема 4 Энергетический метаболизм 4 2 Хемотрофы

Тема 4: Энергетический метаболизм 4. 2. Хемотрофы.

Общая схема энергодающих процессов А е В А – донор электронов В – акцептор электронов

Дыхание – процесс приводящий к образованию АТФ при котором донорами электрона служат органические или неорганические соединения (при этом они окисляются), а акцепторами – всегда неорганические соединения (они восстанавливаются).

Основные этапы дыхания 1. 2. 3. Отщепление электрона от органического (ЦТК, окислительный пентозофосфатный цикл) или неорганического субстрата (донора электрона). Перенос электрона по электронтранспортной цепи на конечный акцептор. Трансформация энергии образующегося электрохимического градиента Н+ в химическую энергию фосфатной связи

Классификация хемотрофных бактерий по донору электронов n Хемоорганотрофы – используют органические доноры электронов. n Хемолитотрофы – используют неорганические доноры электронов

Группы хемоорганотрофов 1. Хемоорганотрофы, использующие углеводы. 2. Аммонифицирующие бактерии (белки, аминокислоты органические кислоты оксалоацетат, пируват, ацетил-Со. А СО 2 Bacillus, Pseudomonas). 3. Метилотрофы (метанол формальдегид формиат СО 2; Methylococcus, Methylomonas) 4. Уксуснокислые бактерии (спирты органические кислоты (уксусная, фумаровая, лимонная и др. ; Acetobacter).

Схема окисления пировиноградной кислоты в цикле трикарбоновых кислот (цикле Кребса)

Хемолитотрофы

Тионовые бактерии - окисляют серу и её неорганические соединения H 2 S S 0 SO 32 - SO 42 - Представители: Thiobacillus, Thiomicrospira Местообитания: морские и пресные воды, почва, серные источники, шахтные воды Симбиоз тионовых бактерий с Riftia pachyptila в океанских глубинах

Железобактерии - окисляют Fe 2+ 4 Fe 2+ + 4 H+ + O 2 = 4 Fe 3+ + 2 H 2 O Представители: Leptothrix (нитчатые) Gallionella (полиморфные) Местообитания: железистые воды, шахтные воды

Нитрифицирующие бактерии окисляют восстановленные соединения азота (аммиак, азотистая кислота) 1 фаза: NH 4+ +1. 5 O 2 NO 2 - +H 2 O +2 H+ (Nitrosomonas, Nitrosococcus) 2 фаза: NO 2 - + 0. 5 O 2 NO 3(Nitrobacter, Nitrococcus) Местообитания: различные водоёмы, почва

Водородные бактерии - окисляют H 2 + ½ O 2 H 2 O Представители: Представители родов Pseudomonas, Alcaligenes и др. Местообитания: различные воды, почва

Карбоксидобактерии - окисляют СО CO + H 2 O CO 2 + 2 e- + 2 H+ Представители: Представители родов Pseudomonas, Comamonas и др. Местообитания: различные воды, почва

Классификация хемотрофных бактерий по акцептору электронов 1. 2. Бактерии, осуществляющие аэробное дыхание (конечный акцептор электрона – О 2) Бактерии, осуществляющие анаэробное дыхание (конечный акцептор электрона – NO 3 -, SO 42, CO 32 -)

Нитратное дыхание (NO 3 -, NO 2 -) Наиболее эффективный тип анаэробного дыхания (возможный выход энергии лишь на 10% ниже, чем при аэробном дыхании) n Осуществляется только факультативными анаэробами, имеющими обычную дыхательную цепь n Синтез нитрат- и нитритредуктаз индуцируется нитратами или нитритами только в анаэробных условиях n

Механизм нитратного дыхания NO 3 - NO 2 - NO N 2 Нитратнитритредуктаза (денитрификация) Нитратное дыхание: Bacillus, Е. coli Значение: - выведение из почвы связанного азота в анаэробных условиях; + единственный биологический процесс, переводящий связанный азот в N 2

Сульфатное дыхание (SO 42 -) - - В электронтранспортной цепи участвуют цитохромы с3 и b с низким Ео низкий энергетический выход Осуществляют только строгие анаэробы Доноры электронов: низкомолекулярные соединения, образующиеся при анаэробном разложении биомассы

Механизм сульфатного дыхания SO 42 - SO 32 S 3 O 62 S 2 O 32 - H 2 S Сульфатное дыхание: Desulfovibrio, Desulfotomaculum Значение: образование H 2 S и биогенной серы

Карбонатное дыхание (CO 32 -) Осуществляют только строгие анаэробы Карбонатное дыхание: Methanobacterium, Acetobacterium С образованием метана или ацетата