Диссимиляционные металлоредуцирующие микроорганизмы
Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Диссимиляционные металлообрабатывающие микроорганизмы - это группа микроорганизмов (как бактерий, так и архей ), которые могут выполнять анаэробное дыхание, используя металл в качестве конечного акцептора электронов, а не молекулярный кислород (O 2 ), который является конечным акцептором электронов, восстановленным до воды (H 2 O). ) при аэробном дыхании . [1] Наиболее распространенными металлами, используемыми для этой цели, являются железо [Fe (III)] и марганец.[Mn (IV)], которые восстанавливаются до Fe (II) и Mn (II) соответственно, и большинство микроорганизмов, восстанавливающих Fe (III), также могут восстанавливать Mn (IV). [2] [3] [4] Но в качестве концевых акцепторов электронов также используются другие металлы и металлоиды, такие как ванадий [V (V)], хром [Cr (VI)], молибден [Mo (VI)], кобальт [ Co (III)], палладий [Pd (II)], золото [Au (III)] и ртуть [Hg (II)]. [1]

Условия и механизмы диссимиляционного восстановления металлов

Диссимиляционные восстановители металлов представляют собой разнообразную группу микроорганизмов, что отражается в факторах, влияющих на различные формы восстановления металлов. Процесс диссимиляционного восстановления металлов происходит в отсутствие кислорода (O 2 ), но диссимиляционные восстановители металлов включают как обязательные (строгие) анаэробы , такие как семейство Geobacteraceae , так и факультативные анаэробы , такие как Shewanella spp. [5] Кроме того, в окислительной реакции, связанной с восстановлением металла, используются различные доноры электронов. Например, некоторые виды ограничиваются небольшими органическими кислотами и водородом (H 2), тогда как другие могут окислять ароматические соединения. В некоторых случаях, таких как восстановление Cr (VI), использование небольших органических соединений может оптимизировать скорость восстановления металла. [6] Еще одним фактором, влияющим на дыхание металлов, является кислотность окружающей среды. Хотя существуют ацидофильные и алкалифильные диссимиляционные восстановители металлов, группа нейтрофильных восстановителей металлов содержит наиболее хорошо охарактеризованные роды. [7] В почве и донных отложениях, где pH часто бывает нейтральным, металлы, такие как железо, находятся в их твердых окисленных формах и обладают переменным восстановительным потенциалом, что может повлиять на их использование микроорганизмами. [8]

Из-за непроницаемости клеточной стенки для минералов и нерастворимости оксидов металлов диссимиляционные восстановители металлов разработали способы внеклеточного восстановления металлов посредством переноса электронов. [5] [9] Цитохромы c , которые являются трансмембранными белками, играют важную роль в транспортировке электронов из цитозоля к ферментам, прикрепленным за пределами клетки. Затем электроны транспортируются к концевому акцептору электронов посредством прямого взаимодействия между ферментами и оксидом металла. [10] [8]В дополнение к установлению прямого контакта, диссимиляционные редукторы металла также демонстрируют способность выполнять восстановление металла в дальних пределах. Например, некоторые виды диссимиляционных восстановителей металлов производят соединения, которые могут растворять нерастворимые минералы или действовать как переносчики электронов, позволяя им восстанавливать металл на расстоянии. [11] Другие органические соединения, часто встречающиеся в почвах и отложениях, такие как гуминовые кислоты, также могут действовать как переносчики электронов. [12] В биопленках , нанопроволоках и скачкообразные многоступенчатые электроны (в которой электроны переходить от клетки к клетке в стороне минерала), также был предложен в качестве способов снижения металлов без необходимости непосредственного контакта клеток. [13] [14]Было высказано предположение, что цитохромы c участвуют в обоих этих механизмах. [9] [10] В нанопроволоках, например, цитохромы c действуют как последний компонент, который переносит электроны к оксиду металла. [10]

Терминальные акцепторы электронов

Было обнаружено, что широкий спектр Fe (III) -содержащих минералов действует в качестве концевых акцепторов электронов, включая магнетит, гематит, гетит, лепидокрокит, ферригидрит, водный оксид железа, смектит, иллит, ярозит и другие. [15]

Вторичное минеральное образование

В природных системах вторичные минералы могут образовываться как побочный продукт бактериального восстановления металлов. [16] Обычно наблюдаемые вторичные минералы, образующиеся во время экспериментального биовосстановления диссимиляционными металлическими восстановителями, включают магнетит, сидерит, грин раст, вивианит и водный Fe (II) -карбонат.

Роды, включающие диссимиляционные металлические редукторы

  • Альбидиферакс (бетапротеобактерии)
  • Шеванелла (гаммапротеобактерии)
  • Geobacter (Deltaproteobacteria)
  • Geothrix fermentans (ацидобактерии)
  • Деферрибактер (Deferribacteres)
  • Thermoanaerobacter (Firmicutes)

использованная литература

  1. ^ a b Ллойд, Джонатан Р. (01.06.2003). «Микробное восстановление металлов и радионуклидов» . FEMS Microbiology Reviews . 27 (2–3): 411–425. DOI : 10.1016 / s0168-6445 (03) 00044-5 . ISSN  0168-6445 . PMID  12829277 .
  2. ^ Lovley, DR (1991). «Диссимиляционное восстановление Fe (III) и Mn (IV)» . Микробиологические обзоры . 55 (2): 259–287. DOI : 10.1128 / mmbr.55.2.259-287.1991 . PMC 372814 . PMID 1886521 .  
  3. ^ Lovley, доктор Дерек (2013). «Прокариоты, снижающие диссимиляции Fe (III) и Mn (IV)». В Розенберге, Юджин; Делонг, Эдвард Ф .; Лори, Стивен; Стакебрандт, Эрко; Томпсон, Фабиано (ред.). Прокариоты . Прокариоты - физиология и биохимия прокариот . Springer Berlin Heidelberg. С. 287–308. DOI : 10.1007 / 978-3-642-30141-4_69 . ISBN 9783642301407.
  4. ^ Вебер, Кэрри А .; Achenbach, Laurie A .; Коутс, Джон Д. (01.10.2006). «Микроорганизмы, перекачивающие железо: анаэробное микробное окисление и восстановление железа» . Обзоры природы микробиологии . 4 (10): 752–764. DOI : 10.1038 / nrmicro1490 . ISSN 1740-1534 . PMID 16980937 . S2CID 8528196 .   
  5. ^ а б Ши, Лян; Squier, Thomas C .; Захара, Джон М .; Фредриксон, Джеймс К. (01.07.2007). «Дыхание (гидр) оксидов металлов с помощью Shewanella и Geobacter: ключевая роль мультигемных цитохромов c-типа» . Молекулярная микробиология . 65 (1): 12–20. DOI : 10.1111 / j.1365-2958.2007.05783.x . ISSN 1365-2958 . PMC 1974784 . PMID 17581116 .   
  6. ^ Ллойд, Джонатан Р. (01.06.2003). «Микробное восстановление металлов и радионуклидов» . FEMS Microbiology Reviews . 27 (2–3): 411–425. DOI : 10.1016 / S0168-6445 (03) 00044-5 . ISSN 1574-6976 . PMID 12829277 .  
  7. ^ Штурм, Гуннар; Дольч, Керстин; Рихтер, Катрин; Раутенберг, Миха; Гешер, Йоханнес (2013). Микробное дыхание металлов . С. 129–159. DOI : 10.1007 / 978-3-642-32867-1_6 . ISBN 978-3-642-32866-4.
  8. ^ a b Рихтер, Катрин; Шиклбергер, Маркус; Гешер, Йоханнес (2012). «Диссимиляционное сокращение внеклеточных электронных акцепторов при анаэробном дыхании» . Прикладная и экологическая микробиология . 78 (4): 913–921. DOI : 10,1128 / AEM.06803-11 . ISSN 0099-2240 . PMC 3273014 . PMID 22179232 .   
  9. ^ а б Ши, Лян; Донг, Хайлянь; Регера, Джемма; Бейенал, Халук; Лу, Аньхуай; Лю, Хуан; Юй Хань-Цин; Фредриксон, Джеймс К. (2016). «Механизмы внеклеточного переноса электронов между микроорганизмами и минералами». Обзоры природы микробиологии . 14 (10): 651–662. DOI : 10.1038 / nrmicro.2016.93 . PMID 27573579 . S2CID 20626915 .  
  10. ^ a b c Тихонова, Т.В. Попов, В.О. (01.12.2014). «Структурные и функциональные исследования мультигемных цитохромов c, участвующих во внеклеточном электронном транспорте в бактериальном диссимиляционном восстановлении металлов». Биохимия (Москва) . 79 (13): 1584–1601. DOI : 10.1134 / S0006297914130094 . ISSN 0006-2979 . PMID 25749166 . S2CID 16090097 .   
  11. ^ Невин, Келли П .; Ловли, Дерек Р. (2002-03-01). «Механизмы восстановления оксида Fe (III) в осадочных средах». Геомикробиологический журнал . 19 (2): 141–159. DOI : 10.1080 / 01490450252864253 . ISSN 0149-0451 . S2CID 98225737 .  
  12. ^ Lovley, DR, Фраг, JL, Blunt-Харрис, EL, Hayes, LA, Phillips, EJP, и Коутс, JD (1998). Гуминовые вещества как медиатор восстановления металлов, катализируемого микробами. Acta hydrochimica et hydrobiologica, 26 (3), 152-157.
  13. ^ Регера, Джемма; Маккарти, Кевин Д.; Мехта, Тина; Nicoll, Julie S .; Туоминен, Марк Т .; Ловли, Дерек Р. (2005). «Внеклеточный перенос электронов с помощью микробных нанопроволок». Природа . 435 (7045): 1098–1101. DOI : 10,1038 / природа03661 . PMID 15973408 . S2CID 4425287 .  
  14. ^ Снайдер, Рэйчел М .; Стрихарц-Главен, Сара М .; Цой, Станислав Д .; Эриксон, Джеффри С .; Тендер, Леонард М. (2012). «Электронный перенос на большие расстояния в биопленках Geobacter Surreducens управляется окислительно-восстановительным градиентом» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 109 (38): 15467–15472. DOI : 10.1073 / pnas.1209829109 . JSTOR 41706427 . PMC 3458377 . PMID 22955881 .   
  15. ^ Miot, J .; Этик, М. (2016). «Формирование и преобразование железосодержащих минералов железом (II) -окисляющими и железо (III) -редуцирующими бактериями». Оксиды железа: от природы к применению . С. 53–98. ISBN 978-3-527-33882-5.
  16. ^ Lovley, DR; Штольц, JF; Nord, GL; Филлипс, EJ (1987). «Анаэробное производство магнетита диссимиляционным железоредуцирующим микроорганизмом». Природа . 330 (6145): 252–254. DOI : 10.1038 / 330252a0 . S2CID 4234140 . 
Получено с https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Dissimilatory_metal-reduc_microorganisms&oldid=1040891496 "
Contribute a better translation