Физиологические и биохимические механизмы диссимиляционного восстановления Fe(III) термофильной бактерией Carboxydothermus ferrireducens (syn. Thermoterrabacterium ferrireducens)

• Автор: Гаврилов, Сергей Николаевич
• Шифр специальности: 03.00.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 214 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО МАТЕРИАЛАМ ДИССЕРТАЦИИ.

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

Глава I. Восстановление Ре1 прокариотами

1. Типы микробной железоредукиии

2. Железоредуцирующие микроорганизмы

3. Восстановление Бе1 термофильными прокариотам

3.1. Распространение термофильных железоредукгоров

3.2. Филогения термофильных железоредукторов

Глава II. Физиология восстановления БеЦН прокариотами

1. Ассимиляция БеЦН прокариотами

1.1. Импорт и запасание БсЦН
1.2. Ассимиляционные железоредуктазы прокариот
2. РеШ в катаболических процессах
2.1. Доноры электронов, используемые при восстановлении БеЦИ у прокариот с различным типом метаболизма
2.1.1. Сбраживаемые углеродные субстраты
2.1.2.Несбраживаемыс органические кислоты и спирты
2.1.3. Другие полностью окисляемые органические соединения
2.1.4. Молекулярный водород
2.1.5. Другие неорганические доноры электронов
2.2. Альтернативные акцепторы электронов, используемые прокариотами, дисснмиляционно восстанавливающими Ре1
2.3. Формы III, восстанавливаемые микроорганизмами в катаболических процессах
Глава III. Биохимия диссимиляционного восстановления III прокариотами
1. Стратегии диссимиляционного восстановления нерастворимых форм III
2. Транспорт электронов к III при его диссимиляционном восстановлении
2.1. Транспорт электронов к I у бактерий родов и
2.1.1. Особенности транспорта электронов к III у представителей рода
2.1.2. Особенности транспорта электронов к III у представителей рода
2.2. Железоредуктазная активность ii iiii
3. Описанные железоредуктазные активности термофилов
3.1. Железоредуктаза i
3.2. Железоредуктазные активности представителей рода
Глава IV. Восстановление хромаУ1, тсхнецияУН и V железовосстанавливающими прокариотами
1. Восстановление хрома
2. Восстановление технеция
3. Восстановление урана
4. Восстановление , и Тс термофильными железоредукторами
Резюме
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Глава I. Материалы и методы исследования
1.1. Объекты исследования
1.2. Состав сред и условия культивирования
1.2.1. Состав сред для x i и
ii
1.2.2. Состав сред для остальных микроорганизмов
1.2.3. Посевной материал и условия культивирования
1.3. Оценка роста
1.4. Получение клеточных суспензий
1.5. Определение железовосстанавливающей активности С. i
1.6. Исследование восстановления VI, VII и V1 клеточными суспензиями
1.7. Определение ферментативных активностей
1.7.1. Жслезоредуктазная активность
1.7.2. Флавинредуктазная активность
1.7.3. СОдегидрогеназная активность
1.7.4. Н АДФНоксидазная активность
1.7.5. Спектрофотометрическое определение цитохромов и оксидоредуктазной активности
1.8. Экстракция белков поверхностного слоя клеточной стенки С. i
1.9. Очистка РеШЭДТАредуктазных активностей
1 Г ельэлектрофорез
1 Аналитические методы
1 Электронная микроскопия
Глава II. Физиология литоавтотрофного и органотрофного роста С. i в присутствие 1
2.1. Литоавтотрофный рост С. i с II в качестве акцептора электронов
2.2. Влияние III на органотрофный рост С. i
2.3. Влияние молекулярного водорода на органотрофный рост С. егггесисет в отсутствие еШ
Глава III. Физиологические стратегии восстановления нерастворимых форм РеШ
С .егггесисет
3.1. Влияние внешних переносчиков электронов и хелаторов РсШ на рост
С.егггесисет с ферригидритом и его восстановление
3.2. Использование сидерофора при диссимиляционном восстановлении ферригидрита С.егггесисет
Глава IV. Биохимические механизмы восстановления РеШ у С. егггесисет
4.1. Наличие цитохромов стипа у С. егггесисет
4.2. Ингибиторный анализ глицсринзависимой ферригидритвосстанавливающей активности клеточных суспензий С. егггесисет
4.3. Локализация РсШвосстанавливающсй активности С. егггесисет
4.4. Выделение и очистка мембраносвязанных НАДФНзависимых РеШЭДТАредуктазных активностей С. егггесисет
4.5. Нативный и ДСНПААГэлектрофорез очищенных РеШЭДТАредуктазных активностей
4.6. Биохимические свойства очищенных РеШЭДТАредуктазных активностей
4.7. Спсктрофотометрическис исследования очищенных НАДФНзависимых РсШЭДТАредуктазных активностей
Глава V. Восстановление хромаУ С. егггейисгт
5.1. Проверка способности растущих культур С. егггесисет к восстановлению хромагУ
5.2. Восстановление СгУ1 клеточными суспензиями С.егггесисет
5.3. Сравнение СгУ1восстанавливающей активности клеточных суспензий С.епгесисет и некоторых термофильных прокариот
Глава VI. Восстановление технецияУ С. егтгесисет
6.1. Осаждение растворимого ТсУ в результате его восстановления клеточными суспензиями С. егггесисепз
6.2. Характеристика процесса восстановления ТсУП клеточными суспензиями
Сетгесисем
6.3. Удерживание восстановленного технеция в осадке в присутствии клеток
С.егпгес1исет
6.4. Локализация восстановленного технеция
Глава VII. Восстановление уранаУ1 С. егпгесисепя
7.1. Восстановление иУ1 растущими культурами С. етгеЛисем
7.2. Восстановление иУ1 клеточными суспензиями С. етгесисет
7.3. Сравнение активности восстановления У1 и других металлов клеточными
суспензиями С. егггесисет
Заключение
ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


В последнее время увеличилось количество данных, свидетельствующих об использовании микроорганизмами различных экзогенных или эндогенных химических веществ в качестве челночных переносчиков электронов к нерастворимым формам железа. При этом получение энергии клетками зависит от регенерации переносчика электронов, обеспечиваемой восстановлением I , , . Таким образом, данный процесс неэнзиматической жслезоредукции следует отличать как обеспечивающий клетку энергией, от побочного непрямого восстановления II, в частности, биогенным сульфидом. Железоредукция может выполнять различные функции в метаболизме клетки энергетическую диссимиляционная железоредукция, биосинтетическую ассимиляционная железоредукция, функцию детоксификации например, при использовании в качестве антиоксиданта в анаэробных условиях. VI и VI i . III. Основными функциями железоредукции являются ассимиляционная, присущая практически всем живым организмам, и энергетическая, обнаруженная только у прокариот. В дальнейшем в рамках данной работы в качестве микробной железоредукции если не оговорено особо будут рассматриваться процессы, какимлибо образом приводящие к получению энергии прокариотными клетками при восстановлении III. В настоящее время не выработано чтких критериев определения диссимиляционного восстановления неорганических акцепторов электронов. Ввиду сложности получения данных, однозначно указывающих на генерацию в клетке дополнительной энергии при восстановлении неорганического акцептора электронов, диссимиляционными принято считать процессы, в которых рост микроорганизма полностью зависит от восстановления акцептора и не наблюдается в его отсутствии Буккель, . С этой точки зрения, из числа диссимиляционных исключаются процессы брожения с экзогенным акцептором и неполные окисления органических веществ, идущие в анаэробных условиях. Учитывающей эти процессы поправкой можно считать предлагаемое отдельными исследователями нитратредукции разграничение дыхания и диссимиляции, определяемой как транспорт электронов к акцептору, не сопряжнный с генерацией электрохимического протонного потенциала и вызванный необходимостью диссипации избытка восстановительных эквивалентов Vivi, , , что опосредованно стимулирует энергетический метаболизм клетки, увеличивая эффективность использования углеродного субстрата за счт регенерации НАД4. В отношении железоредукции наиболее широкое определение диссимиляционного процесса было предложено Д. Лавли. Ьоу1еу е1 а. Однако с учтом возможной роли железоредукции в метаболизме клетки целесообразнее различать собственно диссимиляционныс и неассимиляционные процессы, последние из которых мо1ут включать в себя детоксификацию и холостое восстановление РсШ. Под диссимиляционной желсзорсдукцией в таком случае подразумеваются 1 железное дыхание, при котором РеШ служит основным акцептором электронов, а его восстановление сопряжено с генерацией трансмембранного протонного потенциала 2 брожение с экзогенным акцептором, когда микроорганизм получает дополнительную энергию, используя РсШ в качестве вспомогательного акцептора избыточных восстановительных эквивалентов или электронов, что позволяет более полно и эффективно окислять органический субстрат 3 снятие ингибирующего эффекта образующегося продукта метаболизма часто, Нг, происходящее за счт использования РеШ непосредственно в катаболических процессах в качестве альтернативного протону акцептора электронов, либо в процессах, не связанных непосредственно с энергетическим метаболизмом клетки, но интенсифицирующих реакции катаболизма за счт снижения концентрации их восстановленных продуктов. Следует отметить, что перенос дополнительного количества электронов к РсШ может оказывать комплексный эффект на процессы брожения, одновременно снижая продукцию Нг и приводя к образованию более окисленных продуктов сбраживания углеродного субстрата. Между ростом микроорганизма и железоредукцией возможны следующие взаимосвязи 1 восстановление РеШ стимулирует рост микроорганизма 2 восстановление РеШ коррелирует с ростом, но не стимулирует его 3 роста при восстановлении РеШ не происходит.