Acetogen является микроорганизм , который генерирует ацетата (СН 3 СОО - ) в качестве конечного продукта анаэробного дыхания или брожения . Однако этот термин обычно используется в более узком смысле только для тех бактерий и архей, которые одновременно выполняют анаэробное дыхание и фиксацию углерода через восстановительный путь ацетил-кофермента А ( ацетил-КоА ) (также известный как путь Вуда-Люнгдаля ). [1] [2]Эти настоящие ацетогены также известны как «гомоацетогены», и они могут производить ацетил-КоА (и, в большинстве случаев, ацетат в качестве конечного продукта) из двух молекул диоксида углерода (CO 2 ) и четырех молекул молекулярного водорода (H 2 ). Этот процесс известен как acetogenesis , [3] и отличаются от ацетата ферментации, хотя оба происходят в отсутствии молекулярного кислорода (O 2 ) и производят ацетат. Хотя ранее считалось, что только бактерии являются ацетогенами, некоторые археи можно считать ацетогенами. [4]
Ацетогены встречаются в различных средах обитания, как правило, в анаэробных (недостаток кислорода). Ацетогены могут использовать различные соединения в качестве источников энергии и углерода; Наиболее изученная форма ацетогенного метаболизма включает использование углекислого газа в качестве источника углерода и водорода в качестве источника энергии. Восстановление углекислого газа осуществляется ключевым ферментом ацетил-КоА-синтазой. Вместе с метанообразующими археями ацетогены составляют последние части анаэробной пищевой сети, которая приводит к производству метана из полимеров в отсутствие кислорода. Ацетогены могут быть предками первых биоэнергетически активных клеток в эволюции. [5]
Метаболические роли
Ацетогены выполняют разнообразные метаболические функции, что помогает им развиваться в разных средах. [6] Одним из продуктов их метаболизма является ацетат, который является важным питательным веществом для хозяина и его обитающего микробного сообщества, наиболее часто встречающегося в кишечнике термитов. Ацетогены также служат «стоками водорода» в желудочно-кишечном тракте термитов. [6] Газообразный водород подавляет биодеградацию, а ацетогены используют эти газообразные водороды в анаэробной среде, чтобы способствовать биоразлагающей способности организма-хозяина, вступая в реакцию с газообразным водородом и диоксидом углерода с образованием ацетата. [6] Ацетогены могут использовать различные субстраты в случае, когда другой конкурент, такой как метаноген, делает газообразный водород ограничивающим субстратом. [7] Ацетогены могут использовать и преобразовывать спирты, лактаты и жирные кислоты, которые обычно ограничиваются синтрофами , а не только диоксидом углерода и водородом. [7] Это позволяет им брать на себя роли важных участников пищевой цепи, таких как первичные ферментеры. [7] Ацетогены могут работать вместе с метаногенами, примером чего является преобразование углеводов Methanosarcina barkeri и совместное культивирование A. woodii. Метаноген поглощает ацетат в пользу ацетогена. [7] Иногда межвидовой перенос газообразного водорода между A. woodii и метаногеном, потребляющим H 2, приводит к выделению газообразного водорода из ацетогена вместо перехода к ацетогенезу по пути Вуда-Люнгдаля. [7] Ацетогены также являются одним из факторов коррозии стали. Acetobacterium woodii используют газообразный водород и CO 2 для производства ацетата, который используется в качестве источника углерода для многих сульфатредуцирующих бактерий, растущих с газообразным водородом и сульфатом. [8]
Рекомендации
- ^ Шухманн, Кай; Мюллер, Фолькер (15.07.2016). «Энергетика и применение гетеротрофии у ацетогенных бактерий» . Прикладная и экологическая микробиология . 82 (14): 4056–4069. DOI : 10,1128 / aem.00882-16 . ISSN 0099-2240 . PMC 4959221 . PMID 27208103 .
- ^ Берг, Иван А .; Кокелькорн, Даниэль; Рамос-Вера, В. Хьюго; Скажем, Рафаэль Ф .; Зажицкий, Ян; Хюглер, Майкл; Alber, Birgit E .; Фукс, Георг (10 мая 2010 г.). «Автотрофная фиксация углерода у архей». Обзоры природы микробиологии . 8 (6): 447–460. DOI : 10.1038 / nrmicro2365 . ISSN 1740-1534 . PMID 20453874 .
- ^ Drake, H .; Gössner, A .; Даниэль, С. (2008). «Старые ацетогены, новый свет». Летопись Нью-Йоркской академии наук . 1125 (1): 100–128. Bibcode : 2008NYASA1125..100D . DOI : 10.1196 / анналы.1419.016 . PMID 18378590 .
- ^ Хенстра, Энн М; Сипма, Ян; Ринзема, Арьен; Штамс, Альфонс JM (2007). «Микробиология ферментации синтез-газа для производства биотоплива». Текущее мнение в области биотехнологии . Энергетическая биотехнология / Экологическая биотехнология. 18 (3): 200–206. DOI : 10.1016 / j.copbio.2007.03.008 . ISSN 0958-1669 . PMID 17399976 .
- ^ Мюллер, Фолькер и Фрерихс, Джанин (сентябрь 2013 г.) Ацетогенные бактерии. В: eLS. John Wiley & Sons Ltd, Чичестер. http://www.els.net [doi: 10.1002 / 9780470015902.a0020086.pub2]
- ^ а б в Рэгсдейл, Стивен В .; Пирс, Элизабет (декабрь 2008 г.). «Ацетогенез и путь Вуда-Люнгдаля фиксации СО2» . Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Белки и протеомика . 1784 (12): 1873–1898. DOI : 10.1016 / j.bbapap.2008.08.012 . ISSN 0006-3002 . PMC 2646786 . PMID 18801467 .
- ^ а б в г д Шухманн, Кай; Мюллер, Фолькер (15 июля 2016 г.). «Энергетика и применение гетеротрофии у ацетогенных бактерий» . Прикладная и экологическая микробиология . 82 (14): 4056–4069. DOI : 10,1128 / AEM.00882-16 . ISSN 0099-2240 . PMC 4959221 . PMID 27208103 .
- ^ Манд, Джасприт; Пак, Хён Су; Джек, Томас Р .; Вурдау, Геррит (3 июня 2014 г.). «Содержание ацетогенов в коррозии стали под влиянием микробов» . Границы микробиологии . 5 : 268. DOI : 10,3389 / fmicb.2014.00268 . ISSN 1664-302X . PMC 4043135 . PMID 24917861 .