9
Hô hấp kỵ khí sử dụng Fe 3+ , S 0 , và H 2 trong hóa năng vô ! t" d#$ng % he&o'(thoa)totroph( v( kh) n Acidithiobacillus ferrooxidans vi khuẩn hóa năng vô cơ tự dưỡng Acidithiobacillus ferrooxidans đã được st v! lưu hu"nh# $ đ%& ch'n( tôi thấ& vi khu)n c* th+ h*a n,n( vô c- tri+n dư2i 3 4 56 4 $ đi7u ki8n hiếu khí 9! c:n c* th+ ph t tri+n dư2i 3 4 5;e <= > 3 4 5? o > ho@c ? 5;e đi7u ki8n kB khí# 3ô hấp kB khí sC dDn( ;e <= ho@c ? như chất nhEn đi8n tC v! 3 4 ho@c ? như chất cho đi8n tC c cấp n(uFn n,n( lượn( chính cho vi khu)n# hô hấp kB khí d.a trên (iG9 ;e <= (i'p cho vi khu)n tHn( được sI lượn( loJi c&tochro9e c Kuan trLn(> loJi tinh chiết n!& như 1ac 9ono9er# Q&tochro9e tinh khiết n!& tron( dJn( oxi h*a n!& đã (iG9 tron( n(u&ên chất được chiết xuất> v! (iG9 c&tochro9e n!& dobM oxi h*a b$i ;e <= # 3ô hấp d.a trên (iG9 ;e <= đến oxi h*a c&tochro9e c c* lS l! c- chế sGn xuất n,n( lượn( chính khí#e Acidithiobacillus ferrooxidans thường được chấp nhận là một chemlithautt!ph hi năng lượng ch 'ự ph(t t!i)n t* 'ự hô hấp +, hóa li-n .uan đ"n .u( t!/ lưu hu2nh kh(c nhau3 4!ck và 5u'ta6'n $( c( !7ng c(c vi khuẩn làm g :; t!ng 'ự hi<n di<n > ? @ A? B3 Cu, nhi-nD mEc gi8m không được công nhận như là ph8n Eng đườn ch phFp 'ự ph(t t!i)n c=a vi khuẩn @ :G B3 H đóD nó đI được chấp nhận :; +i hóa c=a > ? là một t!ng c(c $ưJc t!ng .u( t!/nh chu,)n hóa lưu hu2nh $Li al3 @:N D :: B và Ha' et al3 @ AN B ch thấ, c(c vi khuẩn ph(t t!i)n dự ? $Li 9e :; t!ng điOu ki<n +, hPn ch"3 Q1c dR nhSng ph(t hi<n nà, đưa !a kh8 n có th) ph(t t!i)n t!ng điOu ki<n ,"m kh#D c(c hPt động c=a enT,me nói t!ưLng @ :G BD và nó vVn chưa !W li<u 9e :; phXc vX như là chất nhận elect!n hô hấp kY vi khuẩn 'Z ph(t t!i)n t!-n h,d! t!ng điOu ki<n hi"u kh# @ A[ B3 C!n N t*ng là chất ch đi<n t] ch phFp một chu^i hô hấp +, hóa đ) lấ, năng lượng ch 'ự ph(t Q1t kh(cD t!ng nhiOu hete!t!ph' tu2 ` t!ng c8 hai Archaea và Tacter gi8m 9e :; h1c > ? thường đi đôi vJi .u( t!/nh +, hóa c=a \ N @ N D Nb D :? D : D [N B3 Qộ vai t! ngu,-n t%c hô hấp như vậ, 'Z có được đ) h^ t!ợ năng lượng ch lPi autt!ph, thường phXc vX như ch" độ tăng t!ưLng t!ng Archaea và Tacteria như a!chae$acte!ia h,pe!the!mphilicD vi khuẩ ngu,-n 'ơ l-n men @ A D N[ D :b : D [N D [[ B3 Cu, nhi-nD !ất #t $ đ"n 9e :; h1c > ? gi8m t!ng tăng t!ưLng c=a c(c vi khuẩn đi)n h/nhD t!ng đó hu2nhD '%tD ammniaD nit!ite +i hóa3 fh ng tôi đI t/m thấ, !7ng hô hấp kY kh# '] dXng 9e :; h1c > ? là chất nhận elect!n và \ N như là một chất ch đi<nt] như là một ngu&nnăng lượng ch#nh ch tăngt!ưLng c=a hemlithautt! c=a A# ferrooxidans# \ơn nSaD như hô hấp '%t kY kh# g_, !a L A# ferrooxid k) c=a một lPi c,tch!me cO> nó ch u t!(ch nhi<m ch vi<c gi8m 9e :;3 \ô hấp kY kh# dựa t!-n g 9e :; cRng vJi .u( t!/nh +, hóa c=a một lPi c,tch!me cOc* th) đóng một ch#nh c=a '8n +uất năng lượng L vi khuẩn hô hấp '%t kY kh#3 -./ 1 -4 5H6789 5H:5 -( s(nh v;t và &ô( tr#<ng f(c ch=ng A# ferrooxidans được cung cấp t* c(c ch=ng chjn ljc Cff N: ljc Q o fQ : bD fQ : b:D và fQ AA là t* c(c ch=ng chjn ljc c=a vi

Đồ án DOS

Embed Size (px)

DESCRIPTION

pe ple

Citation preview

H hp k kh s dng Fe3+, S0, v H2 trong ha nng v c t dng (chemolithoautotrophic ) vi khun Go to:Cc vi khun tc nhn xi haAcidithiobacillus ferrooxidans c bit n nh mt aerobe rng respires trn st v lu hunh. y chng ta thy rng cc loi vi khun c th pht trin chemolithoautotrophically khng ch trn H2/ O2trong iu kin hiu kh m cn v H2/ Fe3+,H2/ S0,hoc S0/ Fe3+trong iu kin ym kh.H hp k kh s dng Fe3+hoc S0l cht nhn electron v H2S0hoc nh l mt nh ti tr in t phc v nh l mt ngun nng lng s cp ca cc loi vi khun.H hp k kh da trn gim Fe3+do cc loi vi khun tng hp mt lng ng k ca mt loi cytochromec- c tnh ha nh l mt 28-kDa monomer acid-n nh v ha tan.Cc cytochrome tinh khit dng oxy ha gim trong s hin din ca cc cht chit th, v cc cytochrome gim c reoxidized bi Fe3+.H hp da trn gim Fe3+cng vi qu trnh oxy ha ca mt loi cytochromec-cth c tham gia vo cc c ch chnh ca sn xut nng lng vi khun h hp trn st k kh.Acidithiobacillus ferrooxidans.vi khun ha nng v c t dng Acidithiobacillus ferrooxidans c bit nh 1vi h hp hiu kh trn st v lu hunh. y chng ti thy vi khun c th ha nng v c t dng khng nhng c th pht trin di H2/O2 iu kin hiu kh m cn c th pht trin di H2/Fe3+, H2/So, hoc S0/Fe0 iu kin k kh. H hp k kh s dng Fe3+ hoc S0 nh cht nhn in t v H2 hoc S0 nh cht cho in t cung cp ngun nng lng chnh cho vi khun. h hp k kh da trn gim Fe3+ gip cho vi khun tng hp c s lng loi cytochrome c quan trng, loi tinh chit ny nh 1acid n nh v ha tan 28-kDa monomer. Cytochrome tinh khit ny trong dng oxi ha ny gim trong s hin din ca kim loi nguyn cht c chit xut, v gim cytochrome ny dob oxi ha bi Fe3+. H hp da trn gim ni Fe3+ n oxi ha cytochrome c c l l c ch sn xut nng lng chnh ca vi khun trong h hp st k kh.eAcidithiobacillus ferrooxidans thng c chp nhn l mt chemolithoautotroph hiu kh bt ngun nng lng cho s pht trin t s h hp oxy ha lin quan n qu trnh oxy ha st II hoc cc hp cht lu hunh khc nhau.Brock v Gustafson bo co rng cc vi khun lm gim Fe3+trong s hin din ca S0(10).Tuy nhin, mc gim khng c cng nhn nh l phn ng ng h hp k t gim st khng cho php s pht trin ca vi khun (39).Do , n c chp nhn rng gim khp ni ca Fe3+oxi ha ca S0l mt trong cc bc trong qu trnh chuyn ha lu hunh bi vi khun (39).Pronk et al.(32,33) v Das et al.(12) cho thy cc vi khun pht trin da trn cc qu trnh oxy ha ca S0bi Fe3+trong iu kin oxy hn ch.Mc d nhng pht hin ny a ra kh nng rngA.ferrooxidansc th c th pht trin trong iu kin ym kh, cc hot ng ca enzyme ni trn khng km theo tng trng (39), v n vn cha r liu Fe3+phc v nh l cht nhn electron h hp k kh.Mt khc, cc vi khun s pht trin trn hydro trong iu kin hiu kh (14).Trong trng hp , H2tng l cht cho in t cho php mt chui h hp oxy ha ly nng lng cho s pht trin nhn xi ha. Mt khc, trong nhiu heterotrophs tu trong c haiArchaeavBacteria,k kh h hp lin quan n gim Fe3+hoc S0thng i i vi qu trnh oxy ha ca H2(25,26,30,38,42).Mt trong nhng vai tr nguyn tc h hp nh vy s c c h tr nng lng cho chemolithoautotrophy (34), mt loi autotrophy m thng phc v nh l ch tng trng ca heterotrophs tu nh vy trongArchaeavBacterianh archaebacteria hyperthermophilic, vi khun lu hunh gim, v vi khun nguyn s ln men (18,24,36-38,42,44).Tuy nhin, rt t bit v vai tr ca h hp k kh lin quan n Fe3+hoc S0gim trong tng trng ca cc vi khun in hnh, trong bao gm mt lot cc lu hunh, st, ammonia, nitrite oxi ha.Chng ti tm thy rng h hp k kh s dng Fe3+hoc S0l cht nhn electron v H2nh l mt cht cho in t nh l mt ngun nng lng chnh cho tng trngcahemolithoautotrophic caA.ferrooxidans.Hn na, nh h hp st k kh gy ra A.ferrooxidans tng hp mt lng ng k ca mt loi cytochromec-,n chu trch nhim cho vic gim Fe3+.H hp k kh da trn gim Fe3+cng vi qu trnh oxy ha ca mt loi cytochromec-cth ng mt vai tr quan trng trong c ch chnh ca sn xut nng lng vi khun h hp st k kh.VT LIU V PHNG PHPVi sinh vt v mi trng.Cc chng A.ferrooxidansc cung cp t cc chng chn lc: ATCC 23270 c ly t cc chng chn lc M;JCM 3865, JCM 3863, v JCM 7811 l t cc chng chn lc ca vi sinh vt Nht Bn;v IFO 14.246 v 14.262 IFO t Vin ln men, Osaka, Nht Bn.Mi chng c tinh ch bng cch s dng cc phng php phn lp n dng trn mt tm gel silica ca mi trng Fe2+.Sau khi tinh ch, cc chng ny c duy tr thng xuyn trong 9K mui c bn mi trng c cha 160 mM Fe2+trong bnh lc v trong iu kin hiu kh 30 C.Th nghim tng trng k kh.Cc mi trng c s dng cho cc th nghim tng trng k kh cha cc thnh phn sau (mi lt nc ct): (NH4) 2SO4,133 mg;K2HPO4,41 mg;MgSO47H2O, 490 mg;CaCl22H2O, 9 mg;KCl, 52 mg;ZnSO47H2O, 1 mg;CuSO45H2O, 2 mg;MnSO4H2O, 1 mg;NaMoO42H2O, 0,5 mg;CoCl26H2O, 0,5 mg;Na2SEO410H2O, 1 mg;v NiCl26H2O;1 mg. trung ha mui c bn ny, thm vo 2,5 g Fe2(SO4) 3 v iu chnh cho pH 2,0 vi 6 NH2SO4.Cc mi trng sau c kh kh bng cch s dng mt my bm ht, sau n c sc kh nit cho 1 h gim mc oxy ha tan.Cc mi trng c kh oxy ngay lp tc c lu tr trong mt hp k kh di nit qua m.Trong hp k kh, 30 ml ca mi trng sau c thm vo 150 ml mi trng k kh 150 ml vi b lc kh trng, v cc chai c ng gi vi mt stopper butyl tit trng.Cc pha kh ca khong trng trong chai ng gi sau c thay th bng mt hn hp H2v CO2nh sau.Kh nit trong cc khong trng u tin c loi b bng cch s dng mt kim tim lp vo stopper butyl, sau hn hp H2-CO2(80:20) sau c s dng thay th cc pha kh trong cc khong trng.Cc chu k ht v to p lc c lp i lp li t nht ba ln cho n khi hn hp kh trong cc khong trng cui cng t c p sut 250 kPa.Khi cc th nghim nui cy c thc hin vi mt H2O2pha kh, 15 ml khng kh c thm vo chai bng cch s dng ng tim.Trong tt c cc th nghim, th tch tim l 1 ml cho 30 ml ca mi trng.nui cy c thc hin 30 C trong mt lng vi lc.St ha tan.Hm lng st tng ha tan v ca Fe2+c xc nh bng cch s dng cc phng php phenanthroline.Mu (1 ml) ca mi trng nui cy c thc hin ti tng ln nui cy thng qua mt mng lc (kch thc l chn lng, 0,2 mm).Dung dch (100 ml) t mi mu c lc sau c thm vo 2,5 ml ca b m cha 68,0 g natri axetat v 28,8 ml dung dch acid acetic cho mi lt nc ct (pH 4.6).Mt mu 2,5 ml dung dch phenanthroline 0,2% sau c thm vo hn hp mu xc nh nng ccFe 2+.Trong trng hp st ton phn c xc nh, 1 ml NH2OH 10%.HCl c b sung vo dung dch m trc khi trn mu gim Fe3+ thnh Fe2+ . Nng ca Fe3+ v ion st ton phn c xc nh t 1 biu ng cong chun nng st trong mu ny nh mt chc nng ca s hp th 510 nm.S lng t bo.S lng t bo c xc nh bi mt bung m di knh hin vi tng phn pha phng i 400.Mt t bo ny sau c tnh l trung bnh ca hn 25 xc nh ca mi mu nui cy.Thanh lc cytochrome.Cc t bo trng thnh hiu kh hoc k kh trn mt s phng thc tng trng nh H2/ O2,Fe2+/ O2,H2/ Fe3+,H2/ S0v S0/ Fe3+ c thu hoch mt cch ring bit v c l lng trong dung dch axit sulfuric pH 2,0.Mt lot cc t bo sau c ph v bi sonication, v cc thnh phn khng ha tan c loi b hai ln bng ly tm 100.000 gtrong 1 gi.Cc nc ni c s dng cho sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electrophoresis (SDS-PAGE) v hin hnh (hnh dung ) bng nhum Coomassie brilliant blue (CBB).Cc t bo trng thnh k kh trn H2hoc Fe3+ni tn mt sau c dng cho cc bc thanh lc ca cytochrome.Cc bc thanh lc c thc hin nh m t trong mt bo co trc (11) vi nhng sa i nhn ra.Mt sulfate ammonium c thm vo (dd ni) 20% bo ha v lng kt ta c loi b bng cch ly tm 10.000 gtrong 30 pht.Nng amoni sulfat c tng ln n 60% bo ha, v cc vin (bng trn) mu sau khi ly tm thu c l phn cytochrome.Cc vin l lng trong 50 mM axit methyleneethanesulfinic (MES) m (pH 4,5), v cc resupension c thm tch vi cng mt b m.Sau khi thm tch, th vn c p dng cho mt ct carboxymethyl cellulose cn bng trong 50 mM MES m (pH 4,5).Cc protein hp th trong cc ct c tch ra vi mt gradient tuyn tnh ln n 500 mM NaCl.Cc phn th hin mu thu c 320 mM NaCl.Sau -kh mui vi mt mng tp trung, cc phn c p dng cho mt ct MonoQ equibrated trong 50 mM MES m (pH 4,5).Cc protein ny sau gii hp vi mt gradient tuyn tnh ln n 500 mM NaCl.Phn mu thu c 380 mM NaCl.Ra gii c tp trung vi mt mng tp trung n 15 ln, t 0,89 107-1,59 108t bo / ml. xc nhn rng s tng trng quan st c trung gian bi H2,thay i ph thuc thi gian trong mt t bo ca IFO 14.262 c trng khi H2c cung cp nh cht cho electron duy nht (Hnh.(Fig.1A).1A).Di nhng iu kin ny, chng ti thy rng mt t bo tng ln t 2,56 107-2,29 108t bo / ml sau 98 gi , trong khi khng c tng trng xy ra khi c thc hin trong s vng mt ca H2.Da trn nhng kt qu ny, c th kt lun rngA.ferrooxidanschng IFO 14.262 l c th s dng H2nh l mt cht cho electron v O2l cht nhn electron cung cp nng lng cho s pht trin nhn xi ha.

FIG.1.Tng trng nhn xi ha caA.ferrooxidansv h hp hiu kh v k kh vi H2l cht cho electron.(A) thay i Thi gian ph thuc vo mt t bo ca chng IFO 14.262 hiu kh respired trong s hin din () hay khng ()...

BNG 1.Tng trng Aerobic caA.ferrooxidanskhi qu trnh oxy ha ca H2O2bngMt lot cc th nghim nui cy k kh sau c thc hin cng vi 6 chngA.ferrooxidansvi mi trng c cha Fe3+l cht nhn electron v H2nh l cht cho electron.Cc s lng t bo v nng st trc v sau 17 ngy c tm tt trong BngTable2.2.Tng trng ca vi khun c quan st r rng vi cc chng JCM 7811, IFO 14.246, v IFO 14262. Mt t bo ca mi dng tng ti thiu> 15 ln, t 2,18 108-4,95 108t bo / ml.chng JCM 3865 cng tng trng theo cc iu kin, nhng mt t bo cui cng l thp hn so vi cc dng khc.Vic gim Fe3+thnh Fe2+lin quan mt thit n s pht trin ca vi khun.Nh vy, Fe2+tch ly trong mi trng ca cc chng JCM 3865, JCM 7811, IFO 14.246, v IFO 14.262 nhng khng phi trong mi trng ca hai chng m khng pht trin hoc trong mi trng kim sot ha cht v c khng c cy vi tt c t bo (d liu khng hin th).Chng ti chn chng JCM 7811 khng nh rng tng trng quan st c theo hng k kh gim Fe3+bi H2(Hnh.(Fig.1A).1A).Mt t bo t 4,78 108t bo / ml sau 314 gi , v mt ln na tng trng tng quan vi s tch t ca Fe2+(Fig.(Fig.1B).1B).thi gian tng trng t n giai on ngng pht trin ( pha tnh), lng Fe2+tch ly chim 99% st ha tan trong mi trng.Ngc li, khng c s gia tng mt t bo trong s vng mt Fe3+hoc H2,cng khng c tch ly ca Fe2+trong mu tim truyn ( cy ).A.ferrooxidanschng JCM 7811 c th pht trin trong iu kin ym kh autotrophically vi H2l cht cho electron v Fe3+l cht nhn electron.

BNG 2.Tng trng k kh caA.ferrooxidanskhi gim Fe3+bi H2mtCc hot ng st gim trn hydro c nghin cu vi cc t bo nguyn vn ca chng JCM 7811 pht trin trn h hp k kh st.Cc mc gim st c o bng cc phn ng hn hp c cha cc t bo nng c nh v Fe3+ cc nng khc nhau trong iu kin ym kh vi H2.Mc o c v vi nng Fe3+ban u tng ng (Hnh.(Fig.2A).2A).Gim Fe3+ khng xy ra trong s vng mt ca cc t bo hoc H2(d liu khng hin th).Ngoi ra, khng c qu trnh oxy ha ca Fe2+bi cc t bo c quan st thy trong s hin din ca O2hoc H2(d liu khng hin th).Di nhng iu kin ny,KmvVmaxc tnh bng 1,51 mM Fe3+v 29,8 10-19mol ca Fe2+sn xut / min / t bo, tng ng.Tip theo, cc tc ng ca mt vi cht c ch v gim st trong t bo nguyn vn c nghin cu (Hnh.(Fig.2B).2B).2-heptyl-4-hydroxyquinoline-N-oxide (HOQNO), hydrazine sulfate, 2,3-dimercapto-1-propanol, vpaxit -chloromercuriphenylsulfonic (PCMS) c la chn l thuc cho c ch chui h hp.Hn 90% cc hot ng gim Fe3+vn trong s hin din ca 100 mM HOQNO hoc 100 mM hydrazine sulfate khi gim m khng c s c ch l 100%, trong khi 34% cc hot ng b c ch bi 100 mM 3 dimercapto-1- propanol v hot ng hon ton b chn bi 100 mM PCMS.Nhng kt qu ny gi rng vic gim st xy ra nh l kt qu ca s h hp k kh st trn H2.Tip theo chng ta kim tra s tng trng caA.ferrooxidansJCM 7811 vi s c mt ca H2v S0 diiu kin ym kh (Hnh.(Hnh 3).3).Chng ti thy rng thc s chng ny c th pht trin chemolithoautotrophically vi H2l cht cho electron v S0cht nhn electron, nng sut mt t bo cui cng ca 6,1 107t bo / ml sau 120 gi . Tng trng khng xy ra trong s vng mt ca mt trong hai S0hoc H2.Cui cng, kh nng tang trng k kh caA.ferrooxidansJCM 7811 s dng S0 nh cht cho electron v Fe3+l cht nhn c kim tra.Cc s lng t bo v nng st trc v sau khi nui cy c tm tt trong BngTable3.3.Di nhng iu kin ny, mt t bo tng> 12 ln, t 1,05 108t bo / ml sau 14 ngy .Trong thi gian , Fe3+thm vo mi trng gim xung cn Fe2+,v li khng c tch ly trong trng hp khng tim truyn .Nh vy, chng JCM 7811 c th tng trng k kh trn qu trnh oxy ha ca S0bi Fe3+.

FIG.2.hot ng gim st caA.ferrooxidanschng JCM 7811 nui cy trn h hp k kh st.(A) Lineweaver-Burk v biu hot ng gim st ca cc t bo trn hydrogen.(B) nh hng ca cc cht c ch h hp trn hot ng gim st ca cc t bo.Cc...

FIG.3.Tng trng nhn xi ha caA.ferrooxidanschng JCM 7811 trn k kh S0h hp vi H2l cht cho electron.Th hin s thi gian thay i ph thuc vo mt t bo trong s hin din ca H2() hoc N2() vi S0v trong s hin dinH2 m khng c S0

BNG 3.Tng trng k kh chng JCM 7811 sau khi gim ca Fe3+bi S0a xc nh cc thnh phn tham gia vo vic gim Fe3+,protein ha tan c trong chit xut kim loi nguyn cht ca cc t bo trng thnh hiu kh trn Fe2+/ O2hoc k kh trn H2/ Fe3+c so snh bng SDS-PAGE.Thng tin ca hai nhm t bo khc bit ng k trong cc vi khun ym kh c hm lng protein 28 kDa (Fig.(Fig.4A,4A, ng 1 v 2). Sau khi sulfate natri v kt ta acid, protein ny c tinh chit ng nht in di bng ion v sc k gel (Fig.(Fig.4A,4A, ng 3), cho ra mt sn phm acid n nh v ha tan cao trong dung dch ti pH 2,0. Khi lng phn t ca protein tinh khit c xc nh l 27,4 kDa lc gel. protein ny biu hin( th hin) mt nh hp th 411 nm rng (ng chm chm trong hnh.Fig.4B),4B), v gim lng protein bng cch s dng mt thuc th gim sn xut nh hp th mi ti 552, 523, v 418 nm (ng lin nt). Hnh nh ca hnh.Fig.4B4Bcho thy quang ph khc nhau cho cc dng oxy ha v gim, n thy in hnh ca mt loi cytochromec-.

FIG.4.Biu hin ca mt ha tan, axit cytochrome-n nh trong chng JCM 7811 k kh nui cy vi H2l cht cho electron v Fe3+l cht nhn electron.(A) CBB-nhum gel SDS-polyacrylamide.Bng 1 v 2 c np vi cc nc ni tng ng... nghin cu phn ng oxi ha kh ca cytochrome, quang ph c ghi nhn vi cc chit xut kim loi nguyn cht ca chng JCM 7811 nui cy trn H2/ Fe3+.Mt nh c quan st 418 nm, cho thy s tn ti ca cc cytochrome nh l hnh thc gim trong dch chit (dng rn trong hnh.Fig.5A).5A).Cc dng oxy ha ca cytochrome tinh chit th hin mt nh hp th 411 nm (ng t trong hnh.Fig.5A)5A) sau c pha trn vi cc chit xut.Ph ca hn hp cho thy mt nh hp th 418 nm (dng rn trong hnh.Fig.5B).5B).S dch chuyn nh 411-418 nm m bo rng cc hnh thc oxy ha ca cytochrome c chuyn i thnh cc hnh thc gim trc s hin din ca cc chit xut.Tuy nhin, quang ph ca cc hn hp vi vic b sung 4 mM ca Fe3+cho thy mt nh cao 411 nm (ng t trong hnh.Fig.5B).5B).Khi tip xc vi Fe3+ dng gim ca cytochrome ngay lp tc reoxidized bi Fe3+.Ngoi ra, vic sn xut ca Fe2+bi qu trnh oxy ha ca cytochrome gim c xc nhn bi s gia tng hp th 510 nm, tng ng vi chelating phn ng ca Fe2+vi phenanthroline (d liu khng hin th).T nhng kt qu ny, loi c- cytochromeny do c kh nng cung cp nh l cht nhn electron cho qu trnh oxy ha ca cc chit xut v cht cho electron gim Fe3+.

FIG.5.Phn ng oxi ha kh ca cytochrome trong chit xut t bo v Fe3+.(A) quang ph hp th ca cc chit xut kim loi ca t bo nui cy trn H2/ Fe3+(ng lin nt) v dng oxy ha ca cytochrome tinh chit (ng nt t).Quang ph (B) hp th ca... lm r mi quan h gia cc cytochrome tinh khit v h hp k kh st, protein ha tan c trong chit xut kim loi nguyn cht ca cc t bo nui cy trn H2/ O2,H2/ S0hoc S0/ Fe3+c so snh bng SDS-PAGE (Fig.(Hnh 6).6).Mt s lng ln cc protein 28 kDa c pht hin trong cc cht chit xut t cc t bo nui trng trn S0/ Fe3+nhng khng c trong chit xut ca cc t bo nui cy trn H2/ O2hoc H2/ S0. l protein 28 kDa c biu l trong cc t bo h hp k kh trn H2/ Fe3+hoc S0/ Fe3+(Hnh.(Hnh 4)4) cho thy rng biu hin ca protein c gy ra khi cc t bo h hp vi Fe3+l cht nhn electron, khng phn bit cht cho.

FIG.6.nhum CBB gel SDS-polyacrylamide cho thy mc ca cytochrome trong chit xut kim loi nguyn cht ca cc t bo pht trin vi H2/ O2(ng 1), H2/ S0(ng 2), hoc S0/ Fe3+(ng 3 ).Mi tn ch ra protein 28 kDa ca cytochrome.THO LUNN cng c bit rngA.ferrooxidansc th h hp hiu kh bng Fe2+hoc S0l cht cho electron.Nghin cu ny cung cp bng chng cho thyA.ferrooxidansc th s dng bn hnh thc khc nhau ca s h hp, bao gm H2/ Fe3+,H2/ S0v S0/ Fe3+cho s tng trng k kh, H2/ O2cho s tng trng hiu kh (Hnh.(Hnh 11vand33v BngTables11nTO3).3).Mc d mt vi dng xc nh bit ca archaebacteria hyperthermophilic (36), ng ch l cc loi vi khun cng trng by ( biu hin) cc dng khc nhau cho vic h hp hiu kh hoc k kh bng st, lu hunh, v hydrogen.Trn tt c cc dng h hp, cc loi vi khun c th pht trin autotrophically.Chemolithoautotrophy ny ca vi khun c xc nhn bi cc th nghim pht trin thm m khng c CO2trong pha kh.Khng c s tng trng ng k xy ra m khng c CO2 kiu h hp k kh H2/ Fe3+,H2/ S0v S0/ Fe3+v kiu hiu kh H2/ O2(d liu khng hin th).Khng c s tng trng ng k cng c quan st thy trong s vng mt ca mt cht cho in t hoc cht nhn electron (Fig.(Hnh 11vand33v BngTable3).3).Nhng kt qu ny m bo cc autotrophy ca vi khun trn mt s dng ca h hp.Mt khc, 4 trong s 6 chng c th h hp k kh trn H2/ Fe3+(Fig.(Hnh 11v BngTable2).2).Ngoi ra, mt dng vi khun cng c th h hp k kh trn S0/ Fe3+v H2/ S0(Hnh.(Hnh 33v BngTable3),3), trong khi ch c mt trong 6 chng c th h hp hiu kh trn H2(Hnh.(Hnh 11v BngTable1).1).Nhiu chng khng th s dng O2l cht nhn electron cho H2mc d cc vi khun r rng l c th s dng O2trn st.S bin mt ca cc tim nng s dng O2cng c quan st thy trong cc t bo nui cy trn H2/ Fe3+.Cc hot ng oxy ha st ca cc t bo nguyn vn hon ton bin mt (d liu khng hin th).Cc biu hin hoc cc hot ng ca cc enzym gim O2dng nh c iu ha m trong cc vi khun khi s c mt ca H2nh l mt cht cho electron.Tuy nhin, hin nay n khng r nh th no vi khun c kh nng la chn cc cht cho s dng c v cht nhn cho vic h hp trong cng iu kin. hiu c c ch iu ha ca kiu hnh v ng h hp, nhiu thng tin v cc gen tng ng vi cc enzym h hp l cn thit.Mc d cc gen cho cc enzyme chuyn electron nh rusticyanin v cytochrome oxidase cho h hp hiu kh c bo co (4,5,7), thng tin thm cha c.Mt s cc cytochrome loictrong mng-rng buc v dng ha tan c tinh ch t nhng t bo A. ferrooxidans hiu kh pht trin(4,11,16,20,35,40,41,43).Nghin cu hin nay ln u tin lm sch mt cytochrome t t boA.ferrooxidansk kh pht trin.Cc protein ha tan tinh khit, trong c mt khi lng phn t l 28 kDa, khc vi kch thc t cytochrome m t trc y (4,11,16,20,35,40,41,43).Hn na, trnh t ca N-terminal 30 axit amin ca protein tinh khit c xc nh s b (d liu khng hin th) v tm thy l khng tng t vi cc trnh t c bit n ca mt trong cc cytochrome tan hoc mng b rng buc (11,16,20,43) .y khng phi l ng ngc nhin, tuy nhin, cho rng cytochrome ny c lin quan n gim Fe3+,trong khi nhng ci khc tham gia vo qu trnh oxy ha Fe2+.Mt trong nhng c tnh vt tri ca cytochrome ha tan ny l kh nng oxi ha kh.Cc kh nng oxi ha kh trung im ca mt s loi c- cytochrometA.ferrooxidansthng dao ng trong khong 330 v 360 mV pH 7,0 v gia 610 v 660 mV pH 3,5 (4,11,16,20,35,40,41,43).kh nng ca cytochrome mi l khong 560 mV pH 2,0.kh nng ca cytochrome mi l khc nhau t cc kh nng ca cc cytochrome khc ca loi vi khun ny.Tuy nhin, kh nng ny m bo rng cc cytochrome c th gim Fe3+ pH thp.tnh cht ng ch khc ca cytochrome mi l s n nh pH thp m ti cc cytochrome loicin hnh c th autooxidized.N c bo co rng cc loi gim cytochromec-cth c reoxidized bi oxy ha tan trong dung dch pH 2,7 (11).Tuy nhin,> 90% ca cytochrome gim trong dung dch pH 2.0 c gi li sau vi gi trong iu kin hiu kh, v cc cytochrome gi li cng c th lm gim Fe3+sau khi (d liu khng hin th).Do , protein c trng c tm thy trong nghin cu ny l mt cytochrome mi th hin trong vi khun.Trong cc t bo, cc mi quan h gia gim st v hot ng h hp quan trng da trn cc thng s tc gim st v gim hot ng ca cc cht c ch h hp (Hnh.(Hnh 2).2). K kh gim Fe3+l mt qu trnh h hp ca vi khun.Mi quan h gia cytochrome mi ny v h hp k kh st cng l ng k, v qu trnh chuyn i t hiu kh h hp k kh r rt upregulated biu hin ca n (Hnh.(Fig.4A).4A).Tng t nh vy, mc biu hin cao c quan st trong cc t bo nui cy trn S0/ Fe3+nhng khng phi trn Fe2+/ O2,H2/ O2,hoc H2/ S0(Hnh.(hnh 6) .6).Hn na, cc loi mic-cytochrome gim trong s hin din ca cc cht chit kim loi nguyn cht ca cc loi vi khun pht trin trn h hp k kh st v protein gim c reoxidized bi Fe3+(Fig.(Fig.5).5).Cc cytochrome c th cung cp nh l cht nhn electron chit xut kim loi nguyn cht v cc cht cho electron gim Fe3+.iu ny cho thy rng cc loic-ny cytochrome l chc nng h hp k kh lin quan n Fe3+l cht nhn electron.C bng chng ngy cng tng rng cc cytochrome c tham gia vo vic gim kim loi k kh, cung cp nh l cc thnh phn trong chui h hp ca rt nhiu vi khun (1,6,13,23,27-29,31).Tht vy, cc loi cytochromec-m t y s ng vai tr quan trng trong h hp k kh l mt trong nhng protein chuyn electron trongA.ferrooxidans.A. ferrooxidans c th pht trin vi H2l mt cht cho electron v O2,S0,hoc Fe3+l cht nhn electron (Fig.(Hnh 11vand3,3, BnTables11vand2).2).Cc qu trnh oxy ha ca H2s dng mi mt oxy ha do phi i i vi vic gim NAD (P) cn thit cho s c nh CO2.Cc con ng vn chuyn in t ton b cho cc h hp vn cn cha r rng, mc d hydrogenase gn y c tnh ha t vi khun (19), cho thy rng cc electron t H2u tin s c chuyn giao cho hydrogenase.Tuy nhin, cc hydrogenase tinh khit c th khng trc tip lm gim NAD+(19).Ngoi ra, NAD+c th khng c gim bng hnh thc gim ca cytochrome tinh khit (d liu khng hin th).Nhng kt qu ny c th c ngha l s ti sinh ca NADH l cng vi vic chuyn electron lin quan n dng chy t hydrogenase thnh Fe3+qua cytochrome gim thng qua cc thnh phn trong mng bn trn H2/ Fe3+h hp.S tn ti ca mt electron chuyn ngc li ti to NADH trong ty th ng vt c bo co.Ngoi ra, cc trng hp chuyn electron ngc vi khun chemoautotrophic cng c bo co (2,3,22).Gn y, cc electron chuyn ln dc t Fe2+ NAD+v h hp hiu kh caA.ferrooxidans c xut (17).Vic chuyn giao kh khn c th lin quan n mt cytochrome gi nhbc1phc tp, theo c ch ho thm, c th thng qua c ch Q-chu k hot ng ngc li (17,21).Khng c bng chng c mt ti cc c ch tng t ca mt dng chy ngc cho NADH ti sinh c th c chia s vi h hp hiu kh v k kh.Tuy nhin, mt lot cc kiu tng trng ca vi khun t dng s dng H2,O2,S0,hoc Fe3+cho s tn ti ca con ng ph qut cho NADH ti sinh bi vic chuyn giao kh khn kt ni vi mi chui h hp.Rusticyanin c bit n nh l mt trong nhng thnh phn chuyn in t c nh gi cao th hin khi cc t bo c nui cy trn Fe2+trong iu kin hiu kh (8,9).ng ngc nhin, nhum min dch vi mt khng th anti-rusticyanin tit l s hin din ca rusticyanin trong cc t bo nui cy trn H2/ Fe3+(d liu khng hin th).Mc d t bo k kh pht trin khng sm hot ng oxy ha biu hin trong s hin din ca Fe2+ ha tan,hot ng ny c phc hi sau khi hiu kh vi Fe2+trong vi tun.S bin mt ca cc hot ng trong s hin din ca rusticyanin l khng ngc nhin, v mt phn ln ca cc enzyme tn ti nh mt hnh thc apo, m khng c nguyn t ng cn thit cho Fe2+-oxidizing hot ng (d liu khng hin th).Dng nh l khng c mi quan h gia cc hot ng v rusticyanin st gim v cc protein h hp c constitutively hin trong vi khun ny, ty thuc vo dng h hp trong iu kin ym kh.Tuy nhin, s hin din ca Fe2+c th quan trng i vi cm ng ca hnh thc hot ng ca rusticyanin, v O2c th ng mt vai tr tng t.