Termeni cheie
- litotrofic: Obține electroni pentru respirație din substraturi anorganice.
- organotrofic: Obține electroni pentru respirație din substraturi organice.
Reducerea sulfatului este un tip de respirație anaerobă care utilizează sulfatul ca acceptor terminal de electroni în lanțul de transport al electronilor. În comparație cu respirația aerobă, reducerea sulfatului este un proces relativ slab din punct de vedere energetic, deși este un mecanism vital pentru bacteriile și archaea care trăiesc în medii sărace în oxigen și bogate în sulfat.
Mulți reducători de sulfat sunt organotrofi, folosind compuși ai carbonului, cum ar fi lactatul și piruvatul (printre multe altele) ca donatori de electroni, în timp ce alții sunt litotrofi și folosesc hidrogenul gazos (H2) ca donator de electroni. Unele bacterii autotrofe neobișnuite reducătoare de sulfat (de exemplu, Desulfotignum phosphitoxidans) pot utiliza fosfitul (HPO3-) ca donator de electroni, în timp ce altele (de ex, Desulfovibrio sulfodismutans, Desulfocapsa thiozymogenes și Desulfocapsa sulfoexigens) sunt capabile de disproporționare a sulfului (scindarea unui compus în doi compuși diferiți, în acest caz un donor de electroni și un acceptor de electroni) folosind sulf elementar (S0), sulfit (SO32-) și tiosulfat (S2O32-) pentru a produce atât hidrogen sulfurat (H2S), cât și sulfat (SO42-).
Înainte ca sulfatul să poată fi folosit ca acceptor de electroni, acesta trebuie să fie activat. Acest lucru este realizat de către enzima ATP-sulfurilază, care folosește ATP și sulfatul pentru a crea adenozină 5′-fosfosfat (APS). Ulterior, APS este redus la sulfit și AMP. Sulfitul este apoi redus în continuare la sulfură, în timp ce AMP este transformat în ADP folosind o altă moleculă de ATP. Astfel, procesul global implică o investiție de două molecule de ATP, purtător de energie, care trebuie recuperate în urma reducerii.
Toate organismele sulfato-reducătoare sunt anaerobe stricte. Deoarece sulfatul este stabil din punct de vedere energetic, acesta trebuie să fie activat prin adenilare pentru a forma APS (adenozină 5′-fosfosfat) pentru a forma APS înainte de a putea fi metabolizat, consumând astfel ATP. APS este apoi redus de către enzima APS reductază pentru a forma sulfit (SO32-) și AMP. La organismele care utilizează compuși de carbon ca donatori de electroni, ATP-ul consumat este compensat prin fermentarea substratului de carbon. Hidrogenul produs în timpul fermentației este de fapt ceea ce conduce respirația în timpul reducerii sulfatului.
Bacteriile reducătoare de sulfat pot fi urmărite până acum 3,5 miliarde de ani și sunt considerate a fi printre cele mai vechi forme de microorganisme, contribuind la ciclul sulfului imediat după apariția vieții pe Pământ. Bacteriile reducătoare de sulfat sunt comune în mediile anaerobe (cum ar fi apa de mare, sedimentele și apa bogată în materie organică în descompunere), unde ajută la degradarea materialelor organice. În aceste medii anaerobe, bacteriile fermentatoare extrag energie din moleculele organice mari; compușii mai mici rezultați (cum ar fi acizii organici și alcoolii) sunt în continuare oxidați de către acetogeni, metanogeni și bacteriile reducătoare de sulfat concurente.
Multe bacterii reduc cantități mici de sulfați pentru a sintetiza componente celulare care conțin sulf; acest lucru este cunoscut sub numele de reducere asimilatorie a sulfatului. În schimb, bacteriile reducătoare de sulfat reduc sulfatul în cantități mari pentru a obține energie și expulzează sulfura rezultată ca deșeu; acest lucru este cunoscut sub numele de „reducere disimilatorie a sulfatului”. ” Majoritatea bacteriilor reducătoare de sulfat pot reduce și alți compuși anorganici oxidați ai sulfului, cum ar fi sulfitul, tiosulfatul sau sulful elementar (care este redus la sulf sub formă de hidrogen sulfurat).
Hidrogenul sulfurat toxic este un produs rezidual al bacteriilor reducătoare de sulfat; mirosul său de ou stricat este adesea un indicator al prezenței bacteriilor reducătoare de sulfat în natură. Bacteriile sulfat-reducătoare sunt responsabile pentru mirosurile sulfuroase din mlaștini și bălți. O mare parte din hidrogenul sulfurat va reacționa cu ionii metalici din apă pentru a produce sulfuri metalice. Aceste sulfuri metalice, cum ar fi sulfura feroasă (FeS), sunt insolubile și adesea negre sau maro, ceea ce duce la culoarea închisă a nămolului. Astfel, culoarea neagră a nămolului de pe un iaz se datorează sulfurilor metalice care rezultă din acțiunea bacteriilor reducătoare de sulfat.
Câteva bacterii sulfato-reducătoare joacă un rol în oxidarea anaerobă a metanului (CH4+ SO42- → HCO3- + HS- + H2O). O fracțiune importantă a metanului format de metanogeni sub fundul mării este oxidată de bacteriile reducătoare de sulfat în zona de tranziție care separă metanogeneza de activitatea de reducere a sulfatului din sedimente.Acest proces este considerat, de asemenea, un rezervor important de sulfat în sedimentele marine. În fluidele de hidrofracturare utilizate la fracturarea formațiunilor de șisturi pentru recuperarea metanului (gaz de șist), compușii biocide sunt adesea adăugați în apă pentru a inhiba activitatea microbiană a bacteriilor sulfat-reducătoare, pentru a evita oxidarea anaerobă a metanului și pentru a minimiza potențialele pierderi de producție.
Bacteriile sulfat-reducătoare creează adesea probleme atunci când structurile metalice sunt expuse la apă care conține sulfat. Interacțiunea dintre apă și metal creează un strat de hidrogen molecular pe suprafața metalului. Bacteriile reducătoare de sulfat oxidează acest hidrogen, creând hidrogen sulfurat, care contribuie la coroziune. Hidrogenul sulfurat provenit de la bacteriile reducătoare de sulfat joacă, de asemenea, un rol în coroziunea cu sulfură biogenă a betonului și înăbușă țițeiul.
Bacteriile reducătoare de sulfat pot fi utilizate pentru curățarea solurilor contaminate; unele specii sunt capabile să reducă hidrocarburile, cum ar fi benzenul, toluenul, etilbenzenul și xilenul. Bacteriile reducătoare de sulfat pot fi, de asemenea, o modalitate de tratare a apelor acide de mină.
.