Sulfat ånde

Sulfat respiration , eller dissimilatorisk sulfatreduktion , er anaerob respiration , hvor sulfat (SO 4 2− ) tjener som den endelige elektronacceptor (oxidationsmiddel ). Som elektrondonor i sulfatrespiration virker molekylært brint (H 2 ) og forskellige organiske stoffer ( alifatiske og aromatiske kulbrinter , alkoholer , kulhydrater og carboxylsyrer ) , i sjældne tilfælde metallisk jern . Denne metaboliske vej er almindelig blandt bakterier og archaea (normalt anaerobe ), som kaldes sulfatreducerende midler på grund af denne egenskab [1] .

Dissimilationsreduktionen af ​​sulfat er rettet mod dannelsen af ​​en transmembran protongradient og energiproduktion af cellen . Dette adskiller det fra assimileringsreduktionen af ​​sulfat , udført ikke kun af prokaryoter, men også af eukaryoter, herunder planter , for at inkludere svovl i organiske thioforbindelser (for eksempel svovlholdige aminosyrer ).

Reaktioner

Sulfat respirationsreaktioner og det sæt af enzymer , der udfører dem, er konservative [2] [1] . I alle beskrevne sulfat-reducerende mikroorganismer udføres denne metaboliske vej i 4 trin med forbrug af 1 ATP -molekyle (hydrolyse til AMP ) og overførsel af 8 elektroner [3] [4] [5] .

Fase 1

ATP + SO 4 2− → FF n + APS

Overførsel (aktivering) med sulfatadenyltransferase sulfat til adenosin-5'-phosphosulfat (APS, adenylylsulfat). Behovet for denne reaktion er forbundet med et lavt redoxpotentiale i SO 4 2- /SO 3 2- parret (-0,516 V), for at overvinde potentialet for konventionelle cytoplasmatiske reduktionsmidler - NADH (-0,398 V) og ferredoxin ( -0,314 V) er ikke nok, så som i APS/sulfit-parret er redoxpotentialet kun -0,06 V [6] .

På grund af tilstedeværelsen af ​​dette forberedende stadium viser den terminale elektronacceptor i sulfatrespiration sig formelt ikke at være uorganisk sulfat i sig selv, men adenosinfosphosulfat, i forbindelse med hvilken nogle mikrobiologer foreslog udtrykket "sulfatafhængig respiration" [1] .

Fase 2

APS + 2H + /2e − → SO 3 2− + H 2 O + AMP

Genvinding ved adenylylsulfatreduktase APS til sulfit (SO 3 2− ). På dette stadium tjener membranpuljen af ​​menaquinoner , genoprettet på grund af oxidationen af ​​næringssubstratet, som en elektrondonor på dette stadium [6] .

Trin 3

SO 3 2− + DsrC⋅(SH) 2 → DsrC⋅S 3 + 3H 2 O

Reduktion og overførsel af svovl med respiratorisk sulfitreduktase (DsrAB) til dithiolformen af ​​DsrC-proteinet med dannelsen af ​​dets trisulfid (oxiderede) form [5] . DsrC indeholder siroheme [ 1] .

Fase 4

DsrC⋅S 3 → DsrC⋅(SH) 2 + HS −

Reduktion af trisulfidformen af ​​DsrC til sulfid (S 2− ) og dithiolformen af ​​DsrC med membranproteinkomplekset DsrMKJOP [5] .

Noter

  1. ↑ 1 2 3 4 Pinevich A. V. Mikrobiologi. Biologi af prokaryoter. - Sankt Petersborg. : St. Petersburg State University, 2007. - T. 2. - S. 204-206.
  2. ↑ Pereira IA, Ramos AR, Grein F., Marques MC, da Silva SM, Venceslau SS En komparativ genomisk analyse af energimetabolisme i sulfatreducerende bakterier og archaea // Frontiers in Microbiology. - 2011. - Bd. 2. - S. 69. - doi : 10.3389/fmicb.2011.00069 . — PMID 21747791 .
  3. ↑ Santos AA, Venceslau SS, Grein F., Leavitt WD, Dahl C., Johnston DT, Pereira IA Et proteintrisulfid kobler dissimilerende sulfatreduktion til energibesparelse // Videnskab. - 2015. - Bd. 350, nr. 6267 . - S. 1541-1545. - doi : 10.1126/science.aad3558 .
  4. ↑ Barton LL, Fardeau M.-L., Fauque GD Hydrogensulfid: en giftig gas produceret ved dissimilerende sulfat- og svovlreduktion og forbrugt af mikrobiel oxidation // The Metal-Driven Biogeochemistry of Gaseous Compounds in the Environment / PMH Kroneck, ME Sosa Torres (red.). - Springer, 2014. - S. 237-277. — (Metalioner i Life Sciences, bind 14). - doi : 10.1007/978-94-017-9269-1_10 .
  5. ↑ 1 2 3 Grein F., Ramos AR, Venceslau SS, Pereira IA Unifying concepts in anaerobic respiration: insights from dissimilatory sulfur metabolism // Biochimica et Biophysica Acta. - 2013. - Bd. 1827, nr. 2 . - S. 145-160. - doi : 10.1016/j.bbabio.2012.09.001 . — PMID 22982583 .
  6. ↑ 1 2 Muyzer G., Stams AJM De sulfatreducerende bakteriers økologi og bioteknologi // Nature Reviews Microbiology. - 2008. - Bd. 6, nr. 6 . - S. 441-454. - doi : 10.1038/nrmicro1892 .