Ацетогены

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Ацетогены — бактерии, которые выделяют ацетат (CH3COO) в качестве конечного продукта анаэробного дыхания или гомоацетатного брожения. Однако этот термин обычно используется в более узком смысле: только для тех бактерий и архей, которые осуществляют анаэробное дыхание и фиксацию углерода одновременно в восстановительном ацетил-КоА-пути (также известным как Путь Вуда — Льюнгдаля)[1][2]. Этот процесс известен как ацетогенез[3]. Автотрофные ацетогены могут синтезировать ацетилкофермент А (и в большинстве случаев ацетат в качестве конечного продукта) из двух молекул диоксида углерода (CO2) и четырёх молекул молекулярного водорода (H2):

Гомоацетатное брожение, осуществляется гетеротрофными гомоацетогенами.

Оба процесса идут при отсутствии молекулярного кислорода (O2) и продуцируют ацетат. Хотя ранее считалось, что только бактерии являются ацетогенами, некоторых архей можно рассматривать как ацетогенов[4]. Ацетогенов следует отличать от уксуснокислых бактерий, которые выделяют ацетат, получающийся в результате неполного аэробного окислении этилового спирта до уксусной кислоты.

Среда обитания[править | править код]

Ацетогены встречаются в разнообразных анаэробных (англ.) (без содержания кислорода) средах обитания. Ацетогены могут использовать различные соединения в качестве источников энергии и углерода; наиболее изученная форма ацетогенного метаболизма включает использование углекислого газа в качестве источника углерода, и водорода в качестве источника энергии. Восстановление диоксида углерода осуществляется ключевым ферментом ацетил-КоА-синтазой (англ.). Вместе с метанообразующими археями (метаногенами), ацетогены составляют последние звенья анаэробной пищевой сети (гидролитики -> бродильщики -> ацетогены -> метаногены) которая приводит к продукции метана из полимеров (белков, нуклеиновых кислот, липидов) в отсутствие кислорода. Ацетогены могут представлять предков первых биоэнергетически активных клеток в эволюции[5].

Метаболическая роль[править | править код]

Ацетогены имеют разнообразное метаболическое значение, которое помогает им процветать в разнообразных условия среды[6]. Одним из их метаболических продуктов является ацетат, который является важным питательным веществом для хозяина и его внутреннего микробного сообщества, наиболее часто встречающегося в кишечнике термитов или рубце жвачных животных. Ацетогены утилизируют водород, образующийся при брожении пищи в кишечном тракте термитов[6]. Поскольку водород ингибирует биодеградацию пищи в анаэробной среде, а ацетогены потребляют водород для своих нужд, таким образом, способствуя биодеградации пищи хозяином путём взаимодействия водорода с углекислым газом с получением ацетата[6]. Ацетогены обладают способностью использовать другие субстраты в случае, когда из-за конкурентов, таких как метаногены водород становится лимитированным субстратом[7]. Ацетогены могут использовать спирты, лактаты и жирные кислоты, которые обычно используются синтрофными видами вместо диоксида углерода и водорода[7]. Это позволяет им брать на себя роль важных участков пищевой цепи, таких как первичные ферментеры[7]. Ацетогены могут работать синтрофно с ацетокластическими метаногенами, примером чего является конверсия углеводов смешанной культурой Methanosarcina barkeri и A. woodii. Метаноген поглощает ацетат, что является благоприятным для ацетогена[7]. Иногда реакция синтеза ацетата идёт в обратном направлении в сторону его разложения до углекислого газа и водорода по пути Вуда — Льюнгдаля и приводит к тому, что газоборазный водород выделяется ацетогеном вместо того, чтобы направиться в сторону реакции ацетогенеза[7]. При этом межвидовой перенос газообразного водорода между A. woodii и метаногеном, поглощающим H2, идёт в обратном направлении от ацетогена. Ацетогены также являются одним из факторов способствующих коррозии стали. Acetobacterium woodii используют газообразный водород и CO2 для производства ацетата, который используется в качестве источника углерода многими сульфатредуцирующими бактериями, растущими на водороде и сульфате в качестве источника энергии[8].

См. также[править | править код]

Уксуснокислые бактерии

Примечания[править | править код]

  1. Schuchmann, Kai; Müller, Volker. Energetics and Application of Heterotrophy in Acetogenic Bacteria (англ.) // Applied and Environmental Microbiology (англ.) : journal. — 2016. — 15 July (vol. 82, no. 14). — P. 4056—4069. — ISSN 0099-2240. — DOI:10.1128/aem.00882-16. — PMID 27208103.
  2. Berg, Ivan A.; Kockelkorn, Daniel; Ramos-Vera, W. Hugo; Say, Rafael F.; Zarzycki, Jan; Hügler, Michael; Alber, Birgit E.; Fuchs, Georg. Autotrophic carbon fixation in archaea (англ.) // Nature Reviews Microbiology : journal. — 2010. — 10 May (vol. 8, no. 6). — P. 447—460. — ISSN 1740-1534. — DOI:10.1038/nrmicro2365.
  3. Drake, H.; Gössner, A.; Daniel, S. Old acetogens, new light (англ.) // Annals of the New York Academy of Sciences (англ.) : journal. — 2008. — Vol. 1125. — P. 100—128. — DOI:10.1196/annals.1419.016. — Bibcode2008NYASA1125..100D. — PMID 18378590.
  4. Henstra, Anne M; Sipma, Jan; Rinzema, Arjen; Stams, Alfons J.M. Microbiology of synthesis gas fermentation for biofuel production (англ.) // Current Opinion in Biotechnology : journal. — 2007. — Vol. 18, no. 3. — P. 200—206. — ISSN 0958-1669. — DOI:10.1016/j.copbio.2007.03.008. — PMID 17399976.
  5. Müller, Volker, and Frerichs, Janin(Sep 2013) Acetogenic Bacteria. In: eLS. John Wiley & Sons Ltd, Chichester. http://www.els.net [doi: 10.1002/9780470015902.a0020086.pub2]
  6. 1 2 3 Ragsdale, Stephen W.; Pierce, Elizabeth. Acetogenesis and the Wood-Ljungdahl Pathway of CO2 Fixation (англ.) // Biochimica et Biophysica Acta (англ.) : journal. — 2008. — December (vol. 1784, no. 12). — P. 1873—1898. — ISSN 0006-3002. — DOI:10.1016/j.bbapap.2008.08.012. — PMID 18801467.
  7. 1 2 3 4 5 Schuchmann, Kai; Müller, Volker. Energetics and Application of Heterotrophy in Acetogenic Bacteria (англ.) // Applied and Environmental Microbiology (англ.) : journal. — 2016. — 15 July (vol. 82, no. 14). — P. 4056—4069. — ISSN 0099-2240. — DOI:10.1128/AEM.00882-16. — PMID 27208103.
  8. Mand, Jaspreet; Park, Hyung Soo; Jack, Thomas R.; Voordouw, Gerrit. The of acetogens in microbially influenced corrosion of steel (англ.) // Frontiers in Microbiology : journal. — 2014. — 3 June (vol. 5). — ISSN 1664-302X. — DOI:10.3389/fmicb.2014.00268. — PMID 24917861.