Nitrifikaatio

Kokeneet kirjoittajat eivät ole vielä tarkistaneet sivun nykyistä versiota, ja se voi poiketa merkittävästi 23. marraskuuta 2016 tarkistetusta versiosta . tarkastukset vaativat 2 muokkausta .

Nitrifikaatio  on mikrobiologinen ammoniakin hapetusprosessi typpihapoksi tai sen edelleen typpihapoksi , joka liittyy joko energiantuotantoon ( kemosynteesi , autotrofinen nitrifikaatio) tai suojautumiseen vetyperoksidin hajoamisen aikana muodostuneilta reaktiivisilta happiyhdisteiltä ( heterotrofinen nitrifikaatio) . .

Esiintyy aerobisissa olosuhteissa maaperässä sekä luonnollisissa vesissä. Se voi usein aiheuttaa nitraattien ilmaantumista niihin myrkyllisinä määrinä, ja koska nitraatit ovat aktiivisimmin vaeltavia typpiyhdisteitä liuoksessa, ne poistuvat maaperästä rinteen alapuolella oleviin vesistöihin, mikä johtaa käyttöasteen laskuun. typpilannoitteiden lisääntyminen ja näiden vesistöjen rehevöityminen .

Autotrofinen nitrifikaatio

Nitrifikaatio tapahtuu kahdessa vaiheessa, jotka eri mikro-organismit suorittavat.

Ammoniakin hapettuminen nitriittianioniksi

Ensimmäinen vaihe on ammoniakin hapetus nitriittianioniksi , jonka suorittavat Nitrosomonas- , Nitrosococcus- ja Nitrosospira - sukujen typpihappobakteerit (aiemmin myös Nitrosolobus-, Nitrosovibrio-suvukset eristettiin , mutta nyt niiden edustajat sisältyvät Nitrosospiraan ) seuraava mekanismi:

  1. NH 3 + O 2 + NADH 2 → NH 2 OH + H 2 O + YLI +
  2. NH 2OH + H 2 O → HNO 2 + 4H + + 4e -
  3. 1/2O 2 + 2H + + 2e − → H 2 O

Oletetaan, että ensimmäisessä vaiheessa substraatti on ammoniakkia, ei ammoniumia, joten prosessi ei tapahdu happamassa ympäristössä. Ensimmäisen reaktion entsyymi on ammoniakkimono-oksigenaasi , entsyymi, jolla on erittäin alhainen substraattispesifisyys ja joka hapettaa myös metaania , hiilimonoksidia , sykloheksaania , fenolia , bentsyylialkoholia , mutta suuruusluokkaa pienemmällä nopeudella. Hydroksyyliamiini estää entsyymin toimintaa. Soluttomissa uutteissa NAD(P)·H voi toimia pelkistimenä , mutta solussa sen roolia todennäköisimmin hoitaa jokin hengitysketjun komponenteista .

Seuraava reaktio suoritetaan periplasmassa sijaitsevalla hydroksyyliamiinioksidoreduktaasilla . Sytokromi c toimii niissä hapettavana aineena , josta elektroni siirtyy ubikinoniin ja edelleen hengitysketjuun , sytokromioksidoreduktaasiin ja lopulta happeen. Tässä tapauksessa energia varastoidaan transmembraanisen protonipotentiaalin muodossa.

NAD (P) H:n muodostuminen hiilidioksidin kiinnittämistä varten Calvinin syklissä tapahtuu siirtämällä osa elektroneista käänteisesti .

Nitriittianionin hapettuminen nitraattianioniksi

Toinen vaihe on typpihapon anionin hapetus typpihapon anioniksi, jota nitraattibakteerit (maaperän Nitrobacter -suku ja vesi Nitrospira , Nitrococcus , Nitrospina ) tuottavat. Prosessi etenee yhdessä reaktiossa:

NO 2 - + H 2O → NO 3 - + 2H + + 2e -

katalysoi nitriitti: nitraattioksidoreduktaasi , joka sijaitsee CPM :ssä . Sitten elektronit siirtyvät hengitysketjun sytokromeihin , joissa ainoa protonien translokaatiokohta on sytokromoksidaasi .

NAD(P)·H:n muodostuminen hiilidioksidin kiinnitystä varten tapahtuu myös käänteisellä elektroninsiirrolla.

Organismit

Typpi- ja nitriittibakteereja eristettiin aiemmin Nitrobacteraceae -heimosta , nyt geenisysteemitiikan kehittyessä niiden suvut on erotettu proteobakteerien eri alaluokkiin . Optimaalinen lämpötila niiden kehittymiselle on 25–30 °C ja pH 7,5–8,0. Happamassa ympäristössä prosessi ei mene. Kaikki nämä bakteerit ovat gramnegatiivisia kemolitoautotrofeja , jotka käyttävät typpiyhdisteiden hapettumisen energiaa orgaanisten aineiden synteesiin hiilidioksidista . Jotkut niistä pystyvät siirtymään kemoorganoheterotrofiseen aineenvaihduntaan, mutta yhtäkään kemolitoheterotrofia ei löydetty näiden organismien joukosta. Morfologisesti nämä ryhmät ovat erilaisia, enimmäkseen pieniä, liikkuvia, ja niissä on polaarisia tai peritrichous flagella . Ne suorittavat hapettumisen sytoplasmisella kalvolla .

Heterotrofinen nitrifikaatio

Heterotrofinen nitrifikaatio , jota esiintyy monissa bakteereissa ja sienissä ja liittyy orgaanisten yhdisteiden ammoniakin ja typen hapettumiseen käyttämättä saatua energiaa sekä orgaanisen aineen hapettumiseen ja oletettavasti vedyn hajoamisen aikana syntyvän hapen kautta. peroksidi , on erityisen erottuva . Tämän prosessin ominaisaktiivisuus on 2–4 suuruusluokkaa pienempi kuin autotrofisessa nitrifikaatiossa, mutta siihen liittyy kuitenkin chileläisen salpeterin alkuperä ja kaikki nitrifikaatio maaperässä ja vesistöissä, joiden pH-arvot ovat alhaiset.

Opiskeluhistoria

Prosessi löydettiin 1800- luvun puolivälissä , ensimmäisen oletuksen mikro-organismien osallistumisesta nitrifikaatioon teki Louis Pasteur , mutta niitä ei voitu eristää ennen kuin vuonna 1891 S. N. Vinogradsky käytti valikoivaa väliainetta, joka sisälsi vain mineraalikomponentteja. näihin tarkoituksiin (jotta vältetään banaalisten heterotrofien kasvu siinä) ja mukaan lukien ammoniumsulfaatti .

Kirjallisuus

Linkit

  Siirry Wikidata-kohteeseen  Sanakirjat ja tietosanakirjat
Bibliografisissa luetteloissa