МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«АСТРАХАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИМ. В.Н. ТАТИЩЕВА»

Биологический факультет

Кафедра биотехнологии,

зоологии и аквакультуры

Очная форма обучения

РЕФЕРАТ

МИКРООРГАНИЗМЫ КРУГОВОРОТА СЕРЫ

Направление 06.03.01 Биология

Направленность / профиль «Гидробиология и аквакультура»

Дьяченко Максим Геннадьевич

Научный руководитель:

Кандидат биологических наук

Батаева Юлия Викторовна

Астрахань – 2023

СОДЕРЖАНИЕ

Y

ВВЕДЕНИЕ 3

Глава 1. Микроорганизмы, восстанавливающие и окисляющие серу 4

1.1 Восстанавливающие серу бактерии 4

1.2 Окисляющие серу бактерии 6

Глава 2. Механизм бактериального окисления 11

Глава 3. Круговорот серы в природе 15

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 18

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 19

Введение

Сера - биогенный элемент, необходимый компонент живой материи. Она содержится в белках в составе аминокислот, содержание серы в белках составляет 0,8-2,4%. Сера также входит в состав витаминов, гликозидов, коферментов, имеется в эфирных маслах. Сера в изобилии присутствует в земной коре, в углях, сланцах, нефтях, природных газах.

Сера относится к элементам с переменной валентностью. Это обеспечивает ее подвижность. В виде неорганических соединений сера бывает в окисленной форме (сульфаты, политионаты), восстановленной форме (сульфиды) и молекулярной, осуществляя активный окислительно-восстановительный цикл. В природе сера претерпевает разнообразные химические и биологические превращения, переходя из неорганических соединений в органические и обратно, меняя валентность в пределах от - 2 до + 6.

Циклические превращения соединений серы называются круговоротом серы. Цикл превращения серы включает окислительные и восстановительные звенья, а также превращения серы без изменения ее валентности. Окислительная часть круговорота серы включает стадии от до, которые могут протекать в зависимости от условий как чисто химически, так и с участием организмов, главным образом микроорганизмов. Восстановительная часть круговорота серы осуществляется преимущественно биологическим путем с доминирующей ролью прокариот в этом процессе, при этом осуществляется восстановление атома серы из состояния максимального окисления (+ 6) до максимального восстановления (-2). Однако не всегда этот процесс происходит до конца, и в среде нередко обнаруживаются не полностью окисленные продукты: элементная сера, политионаты, сульфит.

Таким образом, цикл серы, так же, как и круговорот веществ, невозможен без участия прокариот, обеспечивающих замкнутость цикла. [1]

Глава 1. Микроорганизмы, восстанавливающие и окисляющие серу

1.1 Восстанавливающие серу бактерии

Восстанавливающие серу бактерии - это микроорганизмы, способные восстанавливать элементарную серу ( ) до сероводорода (H2S). Эти микробы используют неорганические соединения серы в качестве акцепторов электронов для поддержания нескольких видов деятельности, таких как дыхание, сохранение энергии и рост, в отсутствие кислорода. Конечный продукт этих процессов, сульфид, оказывает значительное влияние на химический состав окружающей среды и, кроме того, используется в качестве донора электронов для широкого спектра микробных обменов. Несколько типов бактерий и многие неметаногенные археи способны восстанавливать содержание серы. Микробиологическое снижение содержания серы уже было показано в ранних исследованиях, которые выдвинули на первый план первое доказательство снижения уровня у вибриоидной бактерии из грязи, где сера является акцептором электронов, а Н2 - донором электронов. Лишь несколько таксонов являются настоящими восстанавливающими серу бактериями, использующими восстановление серы в качестве единственной или основной катаболической реакции. Обычно они связывают эту реакцию с окислением ацетата, сукцината или других органических соединений. В целом, сульфатредуцирующие бактерии способны использовать как сульфат, так и элементарную серу в качестве акцепторов электронов. Благодаря своему обилию и термодинамической стабильности сульфат является наиболее изученным акцептором электронов для анаэробного дыхания, в котором участвуют соединения серы.

Элементарная сера, однако, очень распространена и важна, особенно в глубоководных гидротермальных источниках, горячих источниках и других экстремальных средах, что затрудняет ее выделение. Некоторые бактерии, такие как Proteus, Campylobacter, Pseudomonas и Salmonella, обладают способностью восстанавливать серу, но могут также использовать кислород и другие концевые акцепторы электронов. [7]

Многие сероредуцирующие бактерии способны вырабатывать АТФ посредством литотрофного сернистого дыхания, используя нулевую валентность серы в качестве акцептора электронов, например, роды Wolinella, Ammonifex, Desulfuromonas и Desulfurobacterium. С другой стороны, существуют облигатные ферментаторы, способные восстанавливать элементарную серу, например, Thermotoga, Thermosipho и Fervidobacterium. Среди этих ферментаторов есть виды, такие как Thermotoga maritina, которые не зависят от восстановления серы и используют ее в качестве дополнительного поглотителя электронов. Некоторые исследования выдвигают гипотезу, что полисульфид может быть промежуточным продуктом дыхания серой, из-за превращения элементарной серы в полисульфид, которое происходит в сульфидных растворах, выполняя эту реакцию:

[6]