Нитрифицирующие прокариоты. Курсовая работа (т). Биология.
⚡ 👉🏻👉🏻👉🏻 ИНФОРМАЦИЯ ДОСТУПНА ЗДЕСЬ ЖМИТЕ 👈🏻👈🏻👈🏻
Вы можете узнать стоимость помощи в написании студенческой работы.
Помощь в написании работы, которую точно примут!
Похожие работы на - Нитрифицирующие прокариоты
Скачать Скачать документ
Информация о работе Информация о работе
Скачать Скачать документ
Информация о работе Информация о работе
Скачать Скачать документ
Информация о работе Информация о работе
Скачать Скачать документ
Информация о работе Информация о работе
Скачать Скачать документ
Информация о работе Информация о работе
Нужна качественная работа без плагиата?
Не нашел материал для своей работы?
Поможем написать качественную работу Без плагиата!
прокариота хемолитотрофный бактерия
нитрификация
Биосфера заселена огромным числом
живых существ. Одни из них составляют макромир, другие - микромир. К макромиру
относятся животные, птицы, растения, насекомые и другие видимые невооруженным
глазом существа; микромиру принадлежат не видимые невооруженным глазом
мельчайшие живые существа, имеющие как растительное, так и животное
происхождение; это главным образом бактерии, грибы, простейшие и вирусы. По
ориентировочным подсчетам, в биосфере обитает не менее 1030 бактерий, а число
вирусов, простейших не поддается учету.
Микроорганизмы в зависимости от
молекулярно-биологической организации подразделяют на прокариотов и эукариотов.
Прокариоты (от греч. karyon - ядро) доядерные простейшие одноклеточные
формы жизни, не имеющие ядерной мембраны и высокоорганизованных органелл.
Особое место среди прокариотов
занимают нитрифицирующие бактерии (лат nitro - азот и faceo -
делаю).
.1 Принципы
классификации прокариот
В настоящее время в микробиологии
существует два различных подхода к систематике, обуславливающие два принципа
классификации. Одни исследователи считают, что классификация должна отражать
историю развития организмов и строиться на филогенетической основе. Это
естественная классификация. В 1936-1950 гг. исследователи голландской школы А.
Юпойвер, К. ван Ниль и Р. Стейниер разрабатывали филогенетические подходы к
систематике бактерий. Второй подход к систематике основан на учете легко
определяемых признаков, удобных с точки зрения практики. Это искусственная, или
традиционная классификация. Она чаще всего заранее подчинена конкретным
задачам. При такой классификации признаки, определяющие принадлежность
организма к той или иной таксономической единице, часто выбираются произвольно.
Иногда микроорганизмы объединяются в группы на основании одного ведущего
признака. Поэтому группы микроорганизмов, классифицированные по данной
систематике, могут иметь большое практическое значение, но не соответствуют
естественной классификации. Искусственная классификация положена в основу
определителя Берги, предназначенного для идентификации бактерий по
фенотипическим признакам и содержит сведения о видах бактерий [8].
Основой определения систематического
положения являются: морфология и тинкториальные свойства клеток (форма,
размеры, взаимное расположение, спорообразование, окраска по методу Грама и
другими методами), культуральные, биохимические, антигенные характеристики, а
также чувствительность к различным антимикробным воздействиям и степень
генетического родства с представителями других таксонов (по процентному
соотношению содержания гуанина и цитозина в геноме, гомологии нуклеиновых
кислот и способности к обмену генетической информацией), патогенность и
вирулентность, степень опасности для человека [5, 20].
Различают следующие таксономические
категории: царство, подцарство, отдел, класс, порядок, семейство, род, вид и
подвид и др. В рамках той или иной таксономической категории выделяют таксоны -
группы организмов, объединенные по определенным однородным свойствам. Названия
микроорганизмов регламентируются Международным кодексом номенклатуры бактерий.
Название вида соответствует бинарной номенклатуре, т.е. состоит из двух слов.
Например, возбудитель брюшного тифа пишется как Salmonella typhi . Первое слово -
название рода начинается с прописной буквы, второе слово (название вида) - со
строчной. При повторном написании, родовое название сокращается до начальной
буквы, например S . typhi [12].
Наиболее употребительными во всем
мире были классификации Кауфмана [Kauffmann F., 1963-1966], позднее Юинга [Ewing W., 1967-1972] [30].
Однако в 1974 г. Вышел капитальный
труд, созданный ведущими бактериологами разных стран 8-е издание Bergeys Маnual оf Determinative Bacteriology «Определитель бактерий
Берги», где главными критериями для разделения бактерий на крупные таксоны
служили морфология, физиология и биохимические свойства, отчасти генетический
анализ. Для дифференциации более мелких категорий некоторых бактерий
использованы особые признаки - серологические, отношение к бактериофагам и
колицинам [30]. Первое издание Определителя было выпущено в 1923 г. группой
американских бактериологов под руководством Д.X. Берги (D. Н. Bergey, 1860-1937) [9, 16].
Принципы идентификации, изложенные в
Определителе бактерий Берги, 9-е издание которого вышло в 1994 г., нашли
наибольшее распространение и признание в практической бактериологии. В
настоящее время бактерии классифицируют в соответствии с Определителем Берги,
выпускаемом периодически Международным Комитетом по тематике прокариот с
привлечением крупных специалистов разных стран. Ценность Определителя Берги в
том, что он представляет собой наиболее полную сводку известных бактерий и
содержит необходимые тесты для их идентификации [8]. В СССР был составлен его
сокращенный вариант на русском языке - «Краткий определитель бактерий Берги»
(1980) [30].
1.2 Научная
классификация нитрифицирующих бактерий
В «Определителе бактерий-9»
(1984-1989) прокариоты в зависимости от строения клеточной стенки разделены на
17 частей. Нитрифицирующие бактерии относятся к Части 12 - Аэробные
хемолитотрофные бактерии и близкие к ним организмы. Группа разделена на 3
подгруппы в зависимости от химической природы окисляемых неорганических
соединений [9].
Подгруппа 1: Бесцветные
сероокисляющие бактерии. В подгруппе объединены бактерии, способные окислять
неорганические восстановленные соединения серы, образуя в качестве конечного
продукта сульфат. Семейство Thiobacillaceae . Обитатели почвы, воды,
серных ключей или серных месторождений. Их можно обнаружить невооруженным
глазом по наличию обильных белых отложений серы, взвесей, тяжей, розеток или
пленок.
Подгруппа 2: Железо- и
марганец-окисляющие и / или осаждающие бактерии, получают энергию в процессе
окисления двухвалентного железа или марганца кислородом воздуха. Семейство Siderocapsaceae
и несколько других родов. Они способны откладывать оксиды железа или марганца
вне клетки. В основном обитают в железосодержащих водах.
Подгруппа 3: Нитрифицирующие
бактерии, получают энергию в процессе окисления аммиака до нитрата. В подгруппу
включены бактерии семейства Nitrobacteriaceae .
Процесс окисления аммиакиа до
нитрата происходит в два этапа. На первом этапе происходит окисление аммимка до
нитритов, а на втором нитриты окисляются до нитратов. Эти два процесса требуют
различных наборов нитрифицирующих ферментов и выполняются двумя различными
группами бактерий. В зависимости от того, какую фазу процесса осуществляют
нитрифицирующие бактерии их причисляют к одной из двух секций. Секция А:
окисление аммиака до нитритов производят бактерии родов Nitroso - : роды Nitrosomonas ,
Nitrosococcus , Nitrosolobus, Nitrosospira и др. Секция В:
окисление нитритов до нитратов производят бактерии родов Nitro - : Nitrobacter , Nitrospira , Nitrococcus [21].
Таким образом, научная классификация
нитрифицирующих прокариот выглядит следующим образом:
Так же можно придерживаться другой
классификацией, по которой нитрифицирущие бактерии относятся к двум типам Nitrospira и Proteobacteria , пяти классам Nitrospira , Alphaproteobacteria , Betaproteobacteria , Gammaproteobacteria и Deltaproteobacteria [32]:
Класс Deltaproteobacteria or Deltabacteria
Биологическая природа образования в
почве нитратов была установлена во второй половине прошлого века. Предположение
об участии микроорганизмов в этом процессе было высказано Л. Пастером.
Биологическая сущность процесса нитрификации была доказана работами Т. Шлезинга
и А. Мюнца в 1879 г. [6]. В своей работе ни медленно пропускали сточные воды,
содержащие аммиак, через длинную трубку, наполненную песком и калием, и
установили, что через 20 дней в конце трубки выходил нитрат, а не аммиак;
хлороформ или кипяток уничтожали эту способность аммиака к окислению, но при
дополнительном внесении почвы этот процесс возобновлялся. Р. Уорингтон (во
многих сообщениях 1878 и 1891 года) подтвердил эти открытия и пошел дальше, а
именно он доказал участие двух организмов в этом процессе [26].
Однако выделение нитрифицирующих
бактерий в чистую культуру и их описание являются заслугой Виноградского (1891
год). Для получения плотной минеральной питательной среды он использовал вместо
агара силикагель. Он обнаружил, что в окислении аммония в нитриты и далее
нитритов в нитраты принимают участие два различных организма - Nitrosomonas
и Nitrobacter . Обе бактерии облигатно автотрофны. Изучением роста этих
экзотических бактерий занимался О. Мейергоф (1916, I917). Последующие опыты по
выделению бактерий убедили многих почвенных микробиологов в том, что в
окислении аммиака в природе литоавтотрофные нитрификаторы занимают монопольное
положение [12].
Новые роды, и среди них факультативные
автотрофы и миксотрофы были описаны самим Виноградским (1892, 1933) и далее
С.В. Уотсоном (в 1965-1975 годах) и Э. Боком с сотрудниками (1962-1975) [3,9].
Иошида и Александер в 1970 г.
описали образование N 2 O суспензиями клеток Nitrosomonas europaea при окислении аммония и гидроксиламина; при этом до 95%
окисленного азота гидроксиламина выделялось в форме N 2 O. Авторы сделали вывод, что N 2 O образуется из промежуточного
продукта нитрификации, дальнейшее превращение которого в нитрит ингибируется
аммонием, гидразином и температурой выше 35°С. Следует отметить, что такое
значительное образование N 2 O было получено только в этой работе для клеток N . europaea , выдержанных в течение
нескольких дней на холоду, и в дальнейшем не наблюдалось авторами, создававшими
для клеток N . europaea физиологические условия [10].
Отмечено образование N 2 O культурой Nitrosospira briensis , растущей в присутствии
аммония (Веденина, Заварзин, 1979) [15].
Блэкмер с соавторами (1980) описали
выделение N 2 O в аэробных условиях из стерильных почв после внесения в них
аммония и инокулирования культурами Nitrosomonas , Nitrosospira и Nitrosolobus . В одинаковых
условиях наибольшее количество N 2 O было получено из почв, инокулированных двумя штаммами Nitrosomonas , и значительно
меньшее в случае Nitrosospira и двух штаммов Nitrosolobus . Однако судить о родовых различиях в способности образовывать N 2 O нельзя, так как третья из
исследованных бактерий - Nitrosomonas sp . - образовывала ничтожные количества N 2 O.
В совместных работах лабораторий
Ватсона и Мак-Элроя (1980-1981) показана способность к образованию N 2 O у представителей 4 родов
хемоавтотрофных нитрификаторов - Nitrosomonas europaea , Nitrosococcus oceanus , Nitrosolobus multiformis и Nitrosospira briensis . В условиях низкой
аэрации скорость образования NO 2 - жидкой культурой Nitrosomonas sp . значительно
уменьшается, а выделение N 2 O увеличивается. Обнаружено, что суспензии клеток N . europaea наряду с NO 2 - и N 2 O образуют NO. С уменьшением концентрации О 2 увеличивался выход
обоих газов и росло отношение NO/N 2 O, составляя в среднем 1,5 моля NO - N на моль N 2 O - N. Следует отметить, что у всех
исследованных организмов азот N 2 O составлял не более 0,5% от суммы окисленного азота, что более чем
на порядок ниже продукции N 2 O у Nitrosomonas europaea , наблюдавшейся Иошида и Александером (1970) [4].
Роль нитрификаторов в выветривании
горных пород, в повреждении памятников и облицовки сточных каналов позволяет
прогнозировать новый период в исследованиях этой группы бактерии.
2.2 Краткая
характеристика хемолитотрофных бактерий
Хемолитотрофия - способ
существования, обнаруженный только у прокариот, при котором источником энергии
служат реакции окисления неорганических соединений.
Существование хемоавтотрофов было
открыто С.Н. Виноградским. Началом послужили его работы (1885-1889) по изучению
нитчатых микроорганизмов, называемых серобактериями ( Beggiatoa ) и
железобактериями ( Leptothrix ochracea ). В результате проведенных
наблюдений Виноградский пришел к выводу, что жизнедеятельность указанных форм
связана с окислением соответственно сероводорода и серы до серной кислоты или
закисного железа в окисное и оба процесса имеют энергетическое значение [3].
Свою гипотезу Виноградский блестяще
доказал, выделив (1890-1892) чистые культуры нитрифицирующих бактерий ( Nitrosomonas
и Nitrobacter ), которые росли на минеральных средах, окисляя аммонийный
азот или нитриты и фиксируя при этом углекислоту [3].
Хемолитотрофы могут существовать как
в аэробных, так и анаэробных условиях и использовать довольно широкий круг
неорганических соединений в качестве источников энергии. На основании
специфичности хемолитотрофов в отношении субстратов их можно разделить на пять
основных групп:
• нитрифицирующие бактерии окисляют
восстановленные неорганические соединения азота;
• бактерии, окисляющие серу,
используют в качестве источника энергии H 2 S, молекулярную серу (S 0 )
или ее частично восстановленные окислы;
• железобактерии окисляют
восстановленное железо или марганец;
• водородные бактерии используют в
качестве источника энергии молекулярный водород;
• у карбоксидобактерий единственный
источник углерода и энергии - СО 2 .
К хемолитотрофным можно отнести
сульфатвосстаналивающие и метанобразующие бактерии. Сульфатвосстанавливающие
бактерии получают энергию окислением в анаэробных условиях молекулярного
водорода, используя в качестве конечного акцептора электронов сульфат (SO).
Метаногенные бактерии используют CO 2 в качестве конечного акцептора
электронов при окислении молекулярного водорода.
Кроме того, к хемоавтотрофам,
видимо, принадлежит недавно обнаруженный Н.Н. Ляликовой-Медведевой
микроорганизм Stibiobacter , окисляющий окислы трехвалентной сурьмы (Sb 2 O 3 )
до пятивалентной (Sb 2 О 5 ) [11].
Все представители грамотрицательные.
Морфологически разнообразны: палочки, кокки, спириллы. Подвижны и неподвижные.
Аэробы. Группа разделена на 3 подгруппы в зависимости от химической природы
окисляемых неорганических соединений.
Таким образом, выявлены
хемоавтотрофы, способные получать энергию в результате окисления минеральных
соединений пяти элементов: Н, N, S, Fe и Sb [16].
3 Характеристика
бактерий семейства Nitrobacteriaceae
.1 Особенности строения
и функционирования
Процесс последовательного окисления
аммиака до азотистой и азотной кислот называется нитрификацией, а вызывающие
его бактерии - нитрифицирующими. Сущность этого процесса была раскрыта и
изучена С.Н. Виноградским [3].
Выделяют две группы нитрозных и
нитратных бактерий. Первую группу нитрозных бактерий составляют роды Nitrosomonas , Nitrosococcus , Nitrosospira , Nitrosolobus , Nitrosovibrio , вторую -
нитратных бактерий - Nitrobacter , Nitrospina , Nitrococcus .
Группа нитрифицирующих прокариот
представлена грамотрицательными организмами, различающимися формой и размером
клеток, способами размножения, типом жгутикования подвижных форм, особенностями
клеточной структуры, молярным содержанием ГЦ-оснований ДНК, способами
существования. При этом они имеют ряд общих свойств. Все организмы, помещенные
в семейство Nitrobacteraceae , не образуют спор, красятся по Грамму отрицательно, облигатные
аэробы и не нуждаются в органических факторах роста, оптимум развития лежит при
температуре 25-30° и рН 7,5-8,0. Представители различных родов нитрифицирующих
бактерий различаются морфологически [27]. Клетки палочковидные,
эллипсоидальные, сферические, спиральные и дольчатые клетки без эндоспор.
Жгутики субполярные или перитрихальные, часто отсутствуют. Клетки получают
энергию от окисления аммиака и нитрита и удовлетворяют свои потребности в
углероде путем фиксации CO 2 . Только для некоторых
штаммов Nitrobacter показана способность к медленному росту в среде с
органическими соединениями в качестве источника углерода и энергии. Не
паразитические. Обычно встречаются в почве, пресной воде и морской воде. Клетки
богаты цитохромами, но никаких других пигментов обнаружено не было [24].
Нитрифицирующие бактерии относятся к
типичным хемосинтезирующим автотрофам; они очень чувствительны к наличию в
среде органических соединений. Растут на простых минеральных средах, содержащих
окисляемый субстрат в виде аммония или нитритов и углекислоту. Источником азота
в конструктивных процессах могут быть, кроме аммония, гидроксиламин и нитриты
[3].
Таблица 1. Описание типовых культур
нитрифицирующих бактерий (Горленко, 1977).
По строению клеток исследованные
нитрифицирующие бактерии похожи, на другие грамотрицательные микроорганизмы. У
некоторых видов обнаружены развитые системы внутренних мембран, которые
образуют стопку в центре клетки ( Nitrosocystis oceanus ), или
располагаются по периферии параллельно цитоплазматической мембране ( Nitrosomonas
europaea ), или образуют чашеподобную структуру из нескольких слоев ( Nitrobacter
winogradskyi ). Видимо, с этими образованиями связаны ферменты, участвующие
в окислении нитрификаторами специфических субстратов [13].
3.2 Бактерии первой фазы нитрификации
Бактерии первой фазы нитрификации
представлены четырьмя родами: Nitrosomonas , Nitrosocystis , Nitrosolobus и Nitrosospira .
Род Nitrosomonas . Клетки эллипсоидальные или короткие палочки, подвижные или
неподвижные, одиночные, в парах или коротких цепочках. Грамотрицательные.
Обладают цитомембранами, образующими уплощенные пузырьки в периферических
областях цитоплазмы. Клетки растут свободно в среде или заключены в слизистую
зооглею. Богаты цитохромами, которые придают клеточным взвесям окраску от
желтоватой до красноватой; других пигментов нет.
Облигатные хемолитотрофы; окисляют
аммиак до нитрита и фиксируют СО 2 для получения энергии и углерода.
Растут в пресной или морской воде, обогащенной аммиаком и неорганическими
солями, не требуют органических факторов роста. Строгие аэробы. Температурные
границы для роста 5-30 ºC, пределы pH 5,8-8,5. Обитают в почвах, пресной и морской воде [24].
Фото 1 Stan Watson, Woods Hole Oceanographic Institute
Наиболее изучен вид Nitrosomonas
euroраеа , хотя получение чистых культур этих микроорганизмов, как и других
нитрифицирующих хемоавтотрофов, до сих пор остается достаточно сложным. Клетки N.europaea
обычно овальные (0,6-1,0) × (0,9-2,0) мкм, размножаются бинарным делением. В процессе развития
культур в жидкой среде наблюдаются подвижные формы, имеющие один или несколько
жгутиков, и неподвижные зооглеи [9].
Среди N. europaea известны
штаммы, имеющие температурный оптимум при 26 или около 40° C, и штаммы,
довольно быстро растущие при 4° C.
Род Nitrosococcus . Клетки от сферических до эллипсоидных. Подвижные или неподвижные.
Клеточная стенка типичная для грамотрицательных бактерий, но у морских видов
обнаружен дополнительный наружный слой клеточной стенки. Одиночные, в парах или
в тетрадах, свободно взвешенных в жидкой среде, или заключены в слизь с
образованием агрегатов, которые либо прикреплены к стенкам сосуда, либо
находятся во взвешенном состоянии в жидкой среде [21].
Облигатные хемолитотрофы; окисляют
аммиак до нитрита и фиксируют СО 2 для удовлетворения потребностей в
энергии и углероде. За исключением типового вида, выделенного из почвы, виды Nitrosococcus облигатно
галофильные и их распространение ограничено морскими и солоноватоводными
средами. Растут в пресной или морской воде, обогащенной аммиаком и
неорганическими солями; не нуждаются в органических факторах роста. Строгие
аэробы. Температурные границы для роста 2-30 ºC, пределы pH 6,0-8,0. Типовой вид: Nitrosococcus nitrosus [21].
Род Nitrosospira . Клетки в виде туго скрученных спиралей шириной 0,3-0,4 мкм, с
3-20 витками. Грамотрицательные. Развитой системой внутрицитоплазматических
мембран не обладают, но часто наблюдаются инвагинации цитоплазматической
мембраны в протоплазму. Неподвижные или движутся с помощью перитрихальных
жгутиков. Растут свободно в жидкой среде. Клетки богаты цитохромами, которые
придают суспензии окраску от желтой до красноватой; других пигментов нет.
Облигатные хемолитотрофы; окисляют аммиак до нитрита и фиксируют СО 2
для удовлетворения потребностей в энергии и углероде. Растут в пресной воде,
обогащенной аммиаком и неорганическими солями; или почве. Строгие аэробы,
использующие кислород в качестве конечного акцептора электронов. Температурные
границы для роста 15-30 ºC, пределы pH 6,5-8,5. Выделены из почв Бри (Франция), острова Крит, вершины
горы Пилат (Швейцария) и храма Парфенон в Афинах.
С.Н. Виноградский разделил на два
вида: Nitrosospira briensis и Nitrosospira arctica . Наиболее изученный предствитель Nitrosospira briensis
клетки палочковидные и извитые (0,8-1,0) ×
(1,5-2,5) мкм, имеют от одного до шести жгутиков [21].
Род Nitrosolobus . Клетки плеоморфные и лопастные, 1,0-1,5 мкм в поперечнике;
делятся перетяжкой. Грамотрицательные. Клетки внутри частично подразделены
впячиваниями плазматической мембраны и других частей клеточной оболочки в
цитоплазму с образованием везикулярных участков. Подвижные, движутся с помощью
перитрихальных жгутиков. Растут в свободном состоянии в жидкой среде. Клетки
богаты цитохромами, которые придают клеточной суспензии окраску от желтоватой
до красноватой; других пигментов нет. Облигатные хемолитотрофы; окисляют аммиак
до нитрита и фиксируют СО 2 для удовлетворения потребностей в энергии
и углероде. Выделены только из почв. Строгие аэробы. Температурные пределы для
роста 15-30 ºC, пределы pH 6,0-8,2. Найдены в почвах Суринама (Южная Америка), Галапагосских
островов, юго-восточной Африки, странах СНГ [9,12,13].
Клетки вида Nitrosolobus
multiformis составляют 1,0-1,5 ×
1,0-2,5 мкм. Форма этих бактерий не совсем правильная, так как клетки
разделены на отсеки, дольки (- lobus , отсюда и название Nitrosolobus ),
которые образуются в результате разрастания внутрь цитоплазматической мембраны.
Род Nitrosovibrio . Изогнутые тонкие палочки. В начале стационарной фазы роста
наблюдаются сферические формы. Подвижные клетки обладают 1-4 жгутиками,
полярными и субполярными. Развитые внутрицитоплазматические мембраны отсутствуют,
однако наблюдаются инвагинации мембраны в протоплазму. Все изоляты Nitrosovibrio выделены из почв
или камней зданий.
Род Nitrococystis . Отличается тем, что бактерии этого рода способны образовывать
зооглеи - кокковидные формы микробов, окруженные общей капсулой [21].
Такой микроорганизм, как Nitrosocystis
oceanus , выделенный из Атлантического океана, относится к облигатным
галофилам и растет на среде, содержащей морскую воду. Имеет округлые клетки,
диаметром 1,8-2,2 мкм, но бывают и крупнее (до 10 мкм). Способен к движению
благодаря наличию одного жгутика или пучка жгутиков. Образует зооглеи и цисты
[9].
Среди бактерий второй фазы
нитрификации различают три рода: Nitrobacter, Nitrospina и Nitrococcus .
Род Nitrobacter . Клетки - короткие палочки, часто клиновидные или грушевидные. Как
показано Г.А. Заварзиным, размножение Nitrobacter происходит путем
почкования, причем дочерняя клетка бывает обычно подвижна, так как снабжена
одним латерально расположенным жгутиком. Клетки обладают полярной шапкой
цитомембран. Обычно неподвижные. Стадии покоя неизвестны. Грамотрицательные.
Клетки богаты цитохромами, придающими клеточным суспензиям желтоватый цвет;
других пигментов нет. Содержат внутриплазматические мембраны в виде полярных
уплощенных везикул в периферической части протоплазмы. По данным электронной
микроскопии тонких срезов клеточная стенка отличатся от таковой большинства
грамотрицательных бактерий. Она состоит из трех слоев (электроноплотный,
электронопрозрачный, электроноплотный), причем внутренний слой более
электроноплотный, чем наружный [18].
Отмечают также сходство Nitrobacter
с почкующимися бактериями рода Hyphomicrobium по составу жирных кислот,
входящих в липиды.
Некоторые штаммы - облигатные
хемолитотрофы, они окисляют нитриты до нитратов и фиксируют СО 2 для
удовлетворения потребностей в энергии и углероде. Строгие аэробы, использующие
кислород в качестве конечного акцептора электронов. Пределы pH для роста 6,5-8,5;
температурные пределы 5-40 ºC. Место обитания: почвы, пресная вода, морская вода [14].
Род Nitrospira . Клетки от слабо закрученных спиральных до вибриоидных, шириной
0,3-0,4 мкм, с круглой амплитудой 0,8-1,0 мкм. Подвижности не наблюдается.
Внутрицитоплазматические мембраны отсутствуют. Клетки содержат цитохромы,
других пигментов нет. Периплазматическое пространство необычно широко, в два
раза шире, чем у других грамотрицательных бактерий [9,21].
Облигатные хемолитотрофы окисляют
нитриты до нитратов и фиксируют СО 2 для получения энергии и углерода.
Растут в морской воде, обогащенной нитритами и неорганическими солями; в
органических факторах роста не нуждаются. Также, как и род Nitrobacter , являются строгими
аэробами. Температурные пределы для роста 20-30
ºC, пределы pH 7,8-8,0. Единственным
источником энергии служит нитрит, но рост в миксотрофных условиях лучше, чем в
литоавтотрофных. Для роста необходима морская вода. Оптимальная среда,
содержащая 70-100% морскую воду плюс нитрит, пируват, глицерол, а также
дрожжевой экстракт или пептон. Не растут в среде из дистиллированной воды с
минеральными солями, даже при включении NaCl. Выделены из различных
морских местообитаний, таких как океанические воды и морские осадки. Обитают в
южной части Атлантического океана. В единственном случае описано выделение
накопительной культуры из проб почвы, отобранных в Намибии. Типовой (и
единственный) вид: Nitrospira marina [21].
Род Nitrococcus . Клетки сферические, 1,5 мкм или больше. Грамотрицательные.
Движутся при помощи одного или двух субтерминально прикрепленных жгутиков.
Клетки богаты цитохромами, придающими взвесям желтовато - красноватую окраску;
других пигментов нет. Облигатные хемолитотрофы; окисляют нитриты до нитратов и
фиксируют СО 2 для получения энергии и углерода.
Внутрицитоплазматические мембраны в виде трубочек расположены по всей
цитоплазме. Растут в морской воде, обогащенной нитритами и неорганическими
солями; в органических факторах роста не нуждаются, являются строгими аэробами.
Температурные пределы для роста 15-30 ºC, пределы pH 6,8-8,0. Обитают в
южной части Тихого океана.
Представитель N itrococcus . mobilis обладает подвижностью. Клетки его округлые, диаметром около 1,5 мкм ,
с одним-двумя жгутиками [21].
Процесс нитрификации представляет
собой яркий пример метабиоза, когда одни микроорганизмы начинают развиваться
после других на продуктах жизнедеятельности первых.
Процесс нитрификации локализован на
цитоплазматической и внутрицитоплазматических мембранах. Ему предшествует поглощение
NH 4 + и перенос его через цитоплазматическую мембрану с
помощью медьсодержащей транслоказы. При окислении аммиака до нитрита атом азота
теряет шесть электронов. Предполагается, что на первом этапе аммиак окисляется
до гидроксиламина с помощью монооксигеназы, катализирующей присоединение к
молекуле аммиака одного атома О 2 ; второй взаимодействует с НАД*Н 2 ,
что приводит к образованию Н 2 О:
3 + О 2 + НАД*Н 2 → NH 2 OH + Н 2 О
+ НАД +
Гидроксиламин далее ферментативно
окисляется до нитрита:
Электроны от NH 2 OH
поступают в дыхательную цепь на уровне цитохрома «с» и далее на терминальную
оксидазу. Их транспорт сопровождается переносом двух протонов через мембрану,
приводящим к созданию протонного градиента и синтезу АТФ. Гидроксиламин в этой
реакции, вероятно, остается связанным с ферментом [25].
Вторая фаза нитрификации
сопровождается потерей двух электронов. Окисление нитрита до нитрата,
катализируемое молибденсодержащим ферментом нитритоксидазой, локализовано на
внутренней стороне цитоплазматической мембраны и происходит следующим образом:
Электроны поступают на цитохром «а1»
и через цитохром «с» на терминальную оксидазу «аа3», где акцептируются
молекулярным кислородом. При этом происходит перенос через мембрану 2Н + .
Поток электронов от NO 2 - на О 2 происходит с
участием очень короткого отрезка дыхательной цепи. Так как Ео пары NO 2 /NO 3
- равен +420 мВ, восстановитель образуется в процессе энергозависимого
обратного переноса электронов. Большая нагрузка на конечный участок дыхательной
цепи объясняет высокое содержание цитохромов «с» и «а» у нитрифицирующих
бактерий [27].
Схематически вторую фазу
нитрификации можно представить следующим образом:
Таким образом, суммарно процесс окисления
аммиака можно представить в следующем виде:
Энергетически выгодными являются
только стадии окисления гидроксиламина в нитрит и нитрита в нитрат, так как в
результате происходит образование молекул АТФ.
Поскольку субстраты (аммиак,
нитриты), которые окисляют нитрифицирующие бактерии, обладают сильно
положительным окислительно - восстановительным потенциалом, который для пары NH 4 + /
NH 2 OH составляет +899 мВ, для пары NO 2 - /
NO 3 - - +420 мВ, а окислительно-восстановительный
потенциал НАД / НАД · Н 2 имеет отрицательную величину -320 мВ, то
окисление NH 4 - или NO 2 - по
термодинамическим причинам не может быть прямо связано с восстановлением НАД.
Образование НАД · Н 2 в таком случае происходит за счет
функционирования обратного транспорта электронов, который имеется у
нитрифицирующих бактерий наряду с прямым транспортом по дыхательной цепи.
Обратный транспорт электронов сопровождается затратой энергии [20].
Схематически перенос электронов у
нитрифицирующих бактерий можно представить следующим образом:
Многие хемоорганогетеротрофные
бактерии, принадлежащие к родам Arthrobacter, Flavobacterium, Xanthomo
Похожие работы на - Нитрифицирующие прокариоты Курсовая работа (т). Биология.
Понятие О Питании Реферат
Доклад по теме "Троица" Андрея Рублева
Реферат по теме Готический собор: Зарождение новой формы
Как Написать Эссе По Английскому
Заказать Реферат В Новосибирске
Курсовая Работа На Тему Культура, Как Фактор Социальных Изменений
Педагогические Аспекты Возрастных Периодизаций Развития Человека Реферат
Сочинение На Китайском Моя Родина
Курсовая работа по теме Економічне моделювання у прогнозуванні показників фінансової звітності підприємства (на матеріалах ВАТ "Дніпропетровськгаз")
Курсовая работа по теме Субъективная сторона преступления
Перышкин 8 Класс Учебник Лабораторные Работы
Реферат: Евфрат-документооборот
Доклад по теме Божественное бракосочетание
Контрольная Работа По Математике 6 Класс Проценты
Курсовая работа по теме Использование инверсии в сонетах Шекспира
Реферат по теме Патрик Генри: революция против конституции
Социальная Политика И Образование Реферат
Сочинение Про Творчество Гоголя 10 Класс
Реферат по теме Использование программы Word
Реферат На Тему Пушкин И Музыка
Реферат: Элиты
Реферат: Гражданское право в системе права – соотношение частного и публичного
Похожие работы на - Современная западная религиозная философия