Catena di trasporto degli elettroni e relazione con

Catena di trasporto degli elettroni e relazione con E 0'. In questo esempio è raffigurata la catena di trasporto mitocondriale o di alcuni ceppi batterici come Paracoccus denitrificans. La catena di trasporto di Escherichia coli è priva dei citocromi c e aa 3, e gli elettroni vanno direttamente dal citocromo b al citocromo o oppure d

Le alternative metaboliche ACCETTORE DI ELETTRONI Prodotto finale NOME DEL PROCESSO O 2 H 2 O Respirazione aerobica NO 3 - NO 2 -, NH 3 or N 2 Bacillus, Respirazione anaerobica: Pseudomonas denitrificazione SO 42 - S 0 or H 2 S Respirazione anaerobica : riduzione dei solfati Desulfovibrio fumarato succinato E. coli respirazione anaerobica : con accettore organico di e- CO 2 CH 4 Metanogenesi (Archea)

CHEMIOLITOTROFI Gruppo fisiologico Fonte di elettroni Prodotti finali ossidati Batteri dell’idrogeno H 2 O Metanogeni H 2 O Methanobacterium carbossidobatteri CO CO 2 Rhodospirillum, Azotobacter batteri nitrificanti NH 3 NO 2 - Nitrosomonas batteri nitrificanti NO 2 NO 3 - Nitrobacter ossidanti zolfo H 2 S or S 0 SO 42 - Thiobacillus, Sulfolobus Ferro-batteri Fe Fe 3+ Gallionella, Thiobacillus 2+ microrganismo Alcaligenes, Pseudomonas

Ossidazione del solfuro

Anaerobiosi

CICLO DELL’AZOTO 2. NITRIFICAZIONE 5. DENITRIFICAZIONE 3. AMMONIFICAZIONE Assimilatoria/ dissimilatoria 4. OSSIDAZIONE AMMONICA ANAEROBICA 1. FISSAZIONE

Nitrosomonas: NH 3 +3/2 O 2 HNO 2 + H 2 O Nitrobacter può usare il nitrito prodotto

DENITRIFICAZIONE • Diminuisce la quantità di azoto disponibile nel terreno • Aumenta N 2 O nell’atmosfera diminuzione di ozono, effetto serra • Bilancia il ciclo dell’azoto • Una certa quantità di nitrati viene perduta percolazione negli strati profondi del suolo(azoto nei sedimenti), entrando così in cicli geochimici di lunga durata: dai sedimenti l'azoto può ritornare disponibile attraverso le eruzioni vulcaniche (azoto "juvenile"). • Una parte dell'azoto nitrico viene trasformato in forme volatili che ritornano all'atmosfera. Tale processo avviene ad opera di batteri denitrificanti che, in carenza o assenza di O 2, utilizzano NO 3 - come accettore finale di elettroni. • Per la riduzione del nitrato a N 2 i batteri utilizzano 10 elettroni 2 NO 3 - 4 e 2 NO 2 - 2 e 2 NO(g) 2 e N 2 O (g) 2 e N 2 (g)

MICROORGANISMI DENITRIFICANTI • Biochimicamente e tassonomicamente vari: auto/etero-trofi, fotosintetici • Possiedono enzimi capaci di ossidare nitrati a N 2 • Alcuni rilasciano N 2 O in quanto non hanno la ossido nitroso riduttasi*. Halobacterium (Archea), Alcaligenes, Pseudomonas, Rhizobium, Thiobacillus *Fusarium oxysporum (fungo) Parametri che favoriscono il processo di denitrificazione: • Assenza di O 2 • Alte concentrazioni di nitrati • 5. 5<p. H<8. 6 • Temperature > 5°C, anche se avviene anche fino a 0°C

Pathway di denitrificazione • Na. R risiede nel citoplasma dove arriva NO 3 • NO 2 - viene portato nel periplasma dove è ridotto da Ni. R • No. R risiede nella membrana citoplasmatica e rilascia N 2 O nel periplasma • Nel periplasma N 2 O viene ridotto a N 2 da No. S nar. K NAR, Nitrato riduttasi; NIR, Nitrito riduttasi NOR, Ossido Nitrico riduttasi; N 2 OR, Ossido Nitroso riduttasi

ENZIMI DENITRIFICANTI: clusters genici Nitrato Riduttasi Transmembrana Periplasmatica (plasmidica) nar. GHI: Eterotrimero nar. J: chaperone-like nar. K: trasportatore di NOx di membrana nap. AB: Eterodimero nap. C: cyt tipo c di membrana, tetraeme nap. D, KEF, GH: proteine accessorie Regolatori trascrizionali: nar. XL: sistema a due componenti Regolazione trascrizionale : sensibile a NOx Espressa anche in presenza Fnr: anaerobiotico di O 2. Anr: simile a Fnr

ENZIMI DENITRIFICANTI: clusters genici Nitrito Riduttasi Cyt cd 1 NIR nir. S: omodimero, eme c e d 1 geni per citocromi e proteine accessorie per la biosintesi dell’eme. Regolazione trascrizionale : Mediata da proteine simili a Fnr in carenza di O 2 e/o presenza di NOx. Rame NIR nir. K: omotrimero Non sono stati trovati altri geni nell’operone Espresso in totale anaerobiosi

ENZIMI DENITRIFICANTI: clusters genici Ossido Nitrico Riduttasi nor. CB: Eterodimero transmembrana nor. QD: necessari per la crescita in anaerobiosi nor. EF: coinvolti nella regolazione dell’attività enzimatica Regolazione trascrizionale: mediata da proteine Fnr-like in condizioni di totale anaerobiosi ed in presenza di NO

ENZIMI DENITRIFICANTI: clusters genici Ossido Nitroso Riduttasi I geni nos si trovano in 3 unità trascrizionali: nos. Z: subunità catalitica nos. R: regolatore trascrizionale nos. DFYL: coinvolti nella regolazione dell’attività enzimatica Regolazione trascrizionale: mediata da 6 promotori in condizioni di totale anaerobiosi ed in presenza di NO