Лекция №10 1. Окисление неорганических соединений 2. Особенности бактериального фотосинтеза

Лекция №10
Метаболизм микроорганизмов
План лекции:
1. Окисление неорганических соединений
2. Особенности бактериального фотосинтеза
Окисление неорганических соединений
Некоторые микроорганизмы, используют в качестве источника энергии
окисление неорганических веществ (этот процесс называется хемосинтезом
или аноргоксидацией).
Микроорганизмы окисляют водород, аммиак, нитраты, соединения серы,
сурьмы, возможно окисление ими железа и марганца. Это хемолитотрофы.
Пример1: железобактерия Thiobacillus ferrooxidans получает энергию за
счет окисления ионов Fe2+:
4 Fe2++4Н+ +О2 →4 Fe3++2Н2О
Эти бактерии обитают в кислых рудничных водах, содержащих сульфиды
различных металлов, в том числе пирит (FeS2).
Способность таких бактерий окислять железо и серу с превращением серы и
сульфидов в водорастворимые сульфаты тяжелых металлов используют для
выщелачивания бедных руд с целью получения меди, цинка, никеля,
молибдена, урана.
Пример 2. Окисление водорода:
Молекулярный водород образуется в процессе аэробного распада
органических веществ в осадках водоемов и в анаэробных участках почвы.
Микроорганизмы,
синтезирующие
АТФ
путем
окислительного
фосфорилирования в анаэробных условиях, используют молекулярный
водород в качестве доноров электронов. (См. схему в лекции «анаэробное
окисление».)
В процессе окисления происходит превращение, приблизительно
соответствующее уравнению:
6Н2 +2О2 +СО2 → <СН2О> +5 Н2О
Особенности бактериального фотосинтеза
Самым распространенным процессом такого производства является
фотосинтез: используя энергию света, растения и бактерии получают из
углекислого
газа
и
воды
органические
вещества.
Некоторые
микроорганизмы, живущие в областях, куда солнечный свет не проникает
(под землей, в океане на большой глубине), используют вместо солнечного
света другой источник энергии - окисление неорганических веществ (этот
процесс называется хемосинтезом).
Если какие-то молекулы окисляются (отдают электроны), то какие-то
должны восстанавливаться (забирать электроны). Обычно для окисления
органики живые существа используют вдыхаемый кислород (углерод
окисляется, кислород восстанавливается). Однако в областях, бедных
кислородом, встречаются анаэробные бактерии, обходящиеся без кислорода
и пользующиеся каким-нибудь другим окислителем.
Обнаруженная бактерия умудряется не пользоваться ни светом, ни
кислородом. Она получает энергию, окисляя компоненты природного газа
(пропан и бутан). Углерод из этих углеводородов окисляется до углекислого
газа, который затем перерабатывается в органические вещества. Вместо
кислорода бактерия восстанавливает серу из сульфатов (солей серной
кислоты) до сульфидов (солей сероводородной кислоты).
По сравнению авторов исследования, бактерии используют серу
вместо кислорода (дыхание), а природный газ вместо углекислого газа
(пища).
Такие организмы ранее никогда не встречались. Бактерии,
вырабатавающие органику без участия солнечного света, были открыты еще
в девятнадцатом веке, анаэробные бактерии тоже найдены давно, о
существовании сульфат-редуцирующих (восстанавливающих серу) бактерий
хорошо известно, есть некоторые виды бактерий, способные усваивать
пропан и другие углеводороды, однако организм, сочетающий все эти
особенности, обнаружен впервые.
Самым похожим открытием, вероятно, является обнаружение в 2006
году анаэробных бактерий, также питающихся компонентами природного
газа (метаном), но восстанавливающих не серу, а азот из нитратов и
нитритов.