Metabolizm siarki
Siarka jest metabolizowana przez wszystkie organizmy, od bakterii i archeonów po rośliny i zwierzęta . Siarka może mieć stopień utlenienia od -2 do +6 i jest redukowana lub utleniana przez różnorodne organizmy. Pierwiastek występuje w białkach , estrach siarczanowych polisacharydów , steroidach , fenolach i koenzymach zawierających siarkę .
Utlenianie
Zredukowane związki siarki są utleniane przez większość organizmów, w tym zwierzęta wyższe i rośliny wyższe. Niektóre organizmy mogą oszczędzać energię (tj. wytwarzać ATP ) z utleniania siarki i może ona służyć jako jedyne źródło energii dla niektórych bakterii litotroficznych i archeonów. Utleniacze siarki wykorzystują enzymy, takie jak reduktaza siarczkowa: chinonowa , dioksygenaza siarkowa i oksydaza siarczynowa do utleniania związków siarki do siarczanu .
Mikroorganizmy utleniające siarkę
Zredukowane związki siarki, takie jak siarkowodór , siarka elementarna, siarczyny , tiosiarczany i różne politioniany (np. tetrationian ), są utleniane przez bakterie chemotroficzne, fototroficzne i miksotroficzne w celu uzyskania energii. Niektóre archeony chemosyntetyczne wykorzystują siarkowodór jako źródło energii do wiązania węgla , wytwarzając cukry.
Chemotroficzne bakterie utleniające siarkę
Aby mieć wystarczający potencjał redoks, mikroorganizmy wykorzystujące siarkę jako donor elektronów często wykorzystują tlen lub azotan jako końcowe akceptory elektronów. Członkowie chemotroficznego rodzaju Acidithiobacillus są w stanie utleniać szeroki zakres zredukowanych związków siarki, ale są ograniczeni do środowisk kwaśnych. Chemotrofy, które mogą wytwarzać cukry poprzez chemosyntezę , stanowią podstawę niektórych łańcuchów pokarmowych . Łańcuchy pokarmowe powstały przy braku światła słonecznego wokół kominów hydrotermalnych , które emitują siarkowodór i dwutlenek węgla .
Fototroficzne bakterie utleniające siarkę
Niektóre bakterie wykorzystują energię świetlną do sprzęgania utleniania siarki z wiązaniem dwutlenku węgla (CO 2 ) w celu wzrostu. Dzielą się one na dwie ogólne grupy: zielone bakterie siarkowe (GSB) i purpurowe bakterie siarkowe (PSB). Jednak niektóre cyjanobakterie są również zdolne do wykorzystywania siarkowodoru jako donora elektronów podczas beztlenowej fotosyntezy . Wszystkie PSB należą do klasy Gammaproteobacteria i występują w dwóch rodzinach: Chromatiaceae i Ectothiorhodospiraceae. Zazwyczaj kuleczki siarki gromadzą się wewnątrzkomórkowo w Chromatiaceae i zewnątrzkomórkowo w Ectothiorhodospiraceae , co jest jedną z cech wyróżniających te dwie grupy PSB. GSB znajdują się w rodzinie Chlorobiaceae ogólnie utleniają siarczki lub siarkę elementarną, ale niektórzy członkowie są w stanie wykorzystać tiosiarczan.
Zmniejszenie
Redukcja siarki występuje w roślinach, grzybach i wielu bakteriach. Siarczany mogą służyć jako akceptor elektronów w oddychaniu beztlenowym , a także mogą być redukowane w celu tworzenia związków organicznych
związki . Bakterie redukujące siarczany redukują siarczany i inne utlenione związki siarki, takie jak siarczyny, tiosiarczany i siarka elementarna, do siarczków .
Dysymilacyjna redukcja siarki
Niektóre mikroorganizmy są zdolne do redukcji siarki siarczanowej i elementarnej w celu uzyskania energii poprzez połączenie redukcji siarki z utlenianiem wodoru cząsteczkowego lub związków organicznych, takich jak octan , w oddychaniu beztlenowym . Procesy te zwykle wytwarzają siarkowodór jako produkt uboczny, który może dalej służyć jako donor elektronów w utlenianiu siarki. Redukcja siarczanów przez bakterie redukujące siarczany jest dysymilacyjna; celem redukcji siarczanu jest wytworzenie energii, a siarczek jest wydalany. Dysymilacyjna redukcja siarczanów wykorzystuje enzymy ATP sulfurylaza , reduktaza APS i reduktaza siarczynowa .
Asymilacyjna redukcja siarki
W asymilacyjnej redukcji siarczanów siarczan jest asymilowany lub włączany do związków organicznych, takich jak cysteina, metionina lub klastry żelazowo-siarkowe i kofaktory enzymów . W bakteriach siarczan i tiosiarczan są transportowane do komórki przez permeazy siarczanowe, gdzie mogą być następnie redukowane i włączane do biomolekuł. W przypadku niektórych organizmów (np. flora jelitowa , sinice i drożdże ) asymilacyjna redukcja siarczanów jest bardziej złożonym procesem, który wykorzystuje enzymy: sulfurylazę ATP, kinazę APS , reduktazę PAPS i reduktazy siarczynowej.
Dysproporcja
Siarka może również służyć jako donor i akceptor elektronów przez mikroorganizmy w reakcjach dysproporcjonowania . Na przykład Acidianus ambivalens wykorzystuje reduktazę oksygenazy siarki (SOR) do przekształcania siarki elementarnej w siarczan, tiosiarczan i siarkowodór poprzez dysproporcjonowanie. Dysproporcja siarki elementarnej jest ograniczona do środowisk, w których stężenie produktów siarczkowych jest utrzymywane na niskim poziomie, co zwykle ma miejsce w obecności minerałów wychwytujących, które zawierają żelazo lub mangan. Dysproporcjonowanie tiosiarczanu często występuje w beztlenowych warstwach osadów morskich i słodkowodnych.
Stosowanie przez rośliny i zwierzęta
Rośliny pobierają siarczan w swoich korzeniach i redukują go do siarczku (patrz asymilacja siarki ). Jednak niektóre kapustnych są w stanie zasymilować atmosferyczne źródła siarki przy braku innych źródeł. Rośliny są w stanie zredukować APS bezpośrednio do siarczynu (przy użyciu reduktazy APS) bez fosforylacji APS do PAPS . Z siarczku tworzą aminokwasy cysteinę i metioninę , sulfolipidy i inne związki siarki. Zwierzęta uzyskują siarkę z cysteiny i metioniny w białku, które spożywają.
Siarka jest trzecim najczęściej występującym pierwiastkiem mineralnym w organizmie. Aminokwasy cysteina i metionina są wykorzystywane przez organizm do wytwarzania glutationu . Nadmiar cysteiny i metioniny jest utleniany do siarczanu przez oksydazę siarczynową, wydalany z moczem lub magazynowany jako glutation (który może służyć jako magazyn siarki). Brak oksydazy siarczynowej, znany jako niedobór oksydazy siarczynowej, powoduje fizyczne deformacje, upośledzenie umysłowe i śmierć.
Zobacz też
Linki zewnętrzne
-
Media związane z metabolizmem siarki w Wikimedia Commons
