зводного. Однако нередко наблюдается осаждение элементарной серы (SI)1'. Тиосульфат легко окисляется всеми видами; основной путь его метаболизма начинается с расщепления на S0 и SOi" [уравнение (10-28), стадия б]. При высоких концентрациях тиосульфата какая-то его часть может окисляться е тетратионат [уравнение (10-28), стадия в].

*> Сера часто осаждается в виде маленьких шариков внутри клеток сульфндокнс-ляюшнх бактерий Btggiotea.

AMP

(10-28)

2Хотя детали процесса неизвестны, на начальной стадии окисления элементарной серы [уравнение (10-28), стадия г]\ может принимать участие глутатион:

GSH + S°> G—S—Sfi—Н,

(10-29)

Окисление этого линейного полисульфида может протекать путем отщепления атомов серы по одному с образованием сульфида или отщеплением сразу по два атома с образованием тиосульфата [118, 119].

Окисление сульфита в сульфат осуществляется сульфит-цитохром-с — редуктазой [сульфитоксидазой; уравнение (10-28), стадия д] -или идет через образование адеиилилсульфата (называемого также адено-вин-5'-фосфосульфатом, сокращенно APS).

ОН ОН

Аденшипсульсрат CAPS)

Окисление сульфида через аденилилсульфат [уравнение (10-28), стадии е и ж] интересно в том отношении, что оно обеспечивает возможность субстратного фосфорилирования — единственный пример, известный для хемолитотрофных бактерий. Однако независимо от того, какой из двух путей окисления сульфита используется, серные бактерии получают энергию в результате переноса электронов. При значении ЕУ (рН 7)=—0,454 В [Е0' (рН 2)=—0,158 B]j, характерном для сульфат-сульфитиой пары, за счет переноса электронов может быть получено достаточно много энергии. Заметим, что окисление сульфита в сульфат сопровождается образованием ионов водорода. Действительно, для роста бактерии Thiobacilius thiooxidans оптимум рН равен 2 и бактерии могут выдерживать 5%-ную серную кислоту [119].

«Железобактерии» Thiobacillus ferrooxidans получают энергию путем окисления ферро-ионов в ферри-ионы с последующим осаждением гидроокиси трехвалентного железа [уравнение (10-30)].

2 Fe2+ ^ » 2 Fe3+ ^ ^ * 2 Fe(OH)3

2H+ + iOg НгО 6Н20 6 Н+ 0_3

Поскольку восстановительный потенциал пары Fe(II)/Fe(III) при рН 7 равен +0,77 В, энергия, получаемая в результате этой реакции, невелика. Показательно, что эти бактерии всегда окисляют также и восстановленные серные соединения. Особенно интересно окисление ими минерала пирита, ферросульфида [уравнение (10-31) ]«:

2FeS + 4 ~Y 02 + 5Н80 >- 2Fe(OH)3 + 2SO|- + 4Н+, (10-31)

AG'(pH 2)=—1340 кДж.

Поскольку в этой реакции образуется серная кислота, бактерии, населявшие покинутые шахты, создавали серьезную проблему в связи с загрязнением воды: вода, вытекавшая из этих шахт, часто имела рН 2,3 и даже меньше [121].

Бактерии не единственные организмы, способные окислять восстановленные соединения серы. Например, в печени животных присутствует содержащая молибден сульфитоксидаза (гл. 14, разд. Ж), функция которой, вероятно, состоит в детоксикации двуокиси серы путем окисления сульфита в сульфат [122].

2. Анаэробное дыхание

а. Нитрат в роли акцептора электронов

Использование нитрата в качестве окислителя, заменяющего Ог, широко распространено среди бактерий. Например, Е, coll способна существовать в анаэробных условиях, используя нитрат, который восстанавливается в нитрит в результате следующего процесса:

NOJ+2H++2e «-N02"+H20, (10-32)

?°'(рН 7) = +0,421 В.

Нитратредуктаза таких бактерий, как Е. coli, прочно связана с мембраной. Солюбилизированный фермент из Е. coli имеет мол. вес 720 000 и содержит четыре тяжелые и четыре легкие полипептидные цепи, а также четыре атома молибдена [125, 126]!. Полагают, что именно этот металл непосредственно взаимодействует с нитратом. Электроны из цепи переноса проходят через цитохром 6555 и попадают на атом молибдена [126]. С нитратредуктазой, по-видимому, тесно связана фор-миатдегидрогеназа (гл. 9, разд. В,3), и донором электронов в процессе восстановления является преимущественно формиат.

Нитрат восстанавливается также грибами и высшими растениями перед включением в состав аминокислот и других клеточных компонентов. Первой стадией процесса является восстановление в нитрит. Наиболее изучена ассимилирующая нитратредуктаза из Neurospora cras'> Данные по свободной энергии взяты из справочника «CRC Handbook of Chemistry and Physics*, 48th ed., 1967—1968. Оценка AG ^ для Fe(OH)3 сделана для продукта растворения Fe(OH)3, что дало —687,7 кДЖ'МОль-1.

sa. Фермент представляет собой крупный комплекс (мол. вес ~ 228 ООО), содержащий не только молибден, ио и цитохром Ьъьъ Была предложена следующая схема переноса электронов [127]:

NADH ? FAD *? Цитохром &657 >? Мо »- NOJ (10-33)

1

Цитохром с

Существует несколько типов денитрифицирующих бактерий, которые восстанавливают ионы нитрата или нитрита в N2. Бактерии Micrococcus denitr if leans для восстановления нитрата используют Н2:

5Н2 + 2ШГ + 2Н+ 1- N2 + 6Н20, (Ю-34)

АС?'(рН 7)=—561 кДж на 1 моль восстанавливаемого нит