APS = adenosinefosfosulfaat. PAPS = Fosfo-adenosine-5 -fosfosulfaat

Maat: px

Weergave met pagina beginnen:

Download "APS = adenosinefosfosulfaat. PAPS = Fosfo-adenosine-5 -fosfosulfaat"

Johanna Boender
5 jaren geleden
Aantal bezoeken:

1 APS = adenosinefosfosulfaat PAPS = Fosfo-adenosine-5 -fosfosulfaat Dissimilatief Assimilatief

2 Dissimilatief? electronen ATP-vorming 4H 2 + SO H + HS - + 4H 2 O Desulfovibrio desulfuricans

3 Acetaat als e-donor bij sulfaatreduceerders CH 3 COO - + SO H + 2CO 2 + H 2 S + H 2 O G 0 = kJ Koostofmonoxide dehydrogenase

4 Sommige sulfaat reduceerders zijn in staat om auto-troof te groeien met CO 2 en H 2 als electronen donor en sulfaat (SO 4 2- ) als electronen acceptor Indien autotrofe groei bestaat dan niet via Calvin cyclus maar via acetylcoa weg

5 Sulfur disproportionation Desulfovibrio 1. S 2 O H 2 O SO H 2 S G 0 = kJ SO H + 3SO H 2 S G 0 = kj 4S H 2 O 3H 2 S + SO H + als: H 2 S + MnO 2 S 0 + Mn OH - G 0 = kj G 0 = kj Som: 4S H 2 O + MnO 2 3H 2 S + SO H + + Mn OH - G 0 = kj

6 CO 2 als electronenacceptor. Acetogenen = acetogenese. Methanogenen = methanogenese

7 Acetogenese 4H 2 + H + + 2HCO 3 - CH 3 COO H 2 O CO 2 wordt gereduceerd via acetylcoa weg, ook voor autotrofie (= Ljungdahl-Wood pathway). Organismen? Acetobacterium woodii Clostridium aceticum Omzetting van glucose tot acetaat 1. Chemorganotroof: fermentatie C 6 H 12 O 6 3CH 3 COO - + 3H + 2. Chemolitotroof: reductie CO 2 4H 2 + H + + 2HCO 3- CH 3 COO H 2 O

8 Chemorganotroof: fermentatie C 6 H 12 O 6 3CH 3 COO - + 3H + Eerst glycolyse: glucose 2 pyruvaat + 2NADH + H Dan: 2 pyruvaat 2 acetaat + 2CO 2 + 2NADH + H Tenslotte: 2CO NADH + H acetaat Totaal: glucose 2 pyruvaat 3 acetaat

9 AcetylCoA weg Geen cyclus ATP vorming?

10 CO 2 en electronen (H 2 ) CO 2 en electronen AcetylCoA weg Acetaat e-acceptor bv SO 4 2- Acetaat & CO 2 & reducing power H 2 S + energie Organische verbindingen zoals suikers: vergisting Acetaat wordt uitgescheiden of ingebouwd

11 Methanogenese Bacteria? Archaea: methanogenen, anaëroob Biochemie & energie metabolisme C1 cariers Redox Co-enzymen: electronen transfer Complexe metabolische wegen, uniek voor de Archaea

12 C1 cariers C1 carrier: 1 stap C1 carrier: intermediair C1 carrier: laatste stap van de reductie

13 Redox Co-enzymen Licht absorptie (420 nm) = flavine Mercaptoheptanoyl-threonine fosfaat Methylreductase complex

14 1 H 2 als electronen donor 2 1. CO 2 activering 2. Formyl groep transfer 3. Methyl groep transfer 4. Methyl-CoM reductie 3 4 MF: methanofuraan MP: Methanopterine

15 Energie conservering in methanogenen? voldoende vrije energie G 0 = kj/mol (reductie van CO 2 met H 2 ) Na-pomp Protonen gradient heterodisulfide reductase Methanofenazine

16 MPH = methanophenazine Fig.15.48b

17 Methaanvorming uit methanol

18 CH 3 OH + Corr Corrinoid = Vit B12- achtige porfirine kern CH 3 Corr CoM CH 3 CoM 2H ATP CH 4 Methanogenesis

19 Methaanvorming uit azijnzuur

20 Autotrofie in de methanogenen Via acetylcoa weg missen tetrahydrofolaat weg.

24 Methanobrevibacter Methanospirillum Methanosarcina Methanocaldococcus Methanotorris Methanosaeta Methanothermus

25 Grote % GC spreiding, = grote fylogenetische heterogeniteit

Andere electronen acceptoren Fe 3+ : E 0 +0.77V (ph 2) of +0.2 bij ph 7 Waar komen electronen vandaan?

26 Andere electronen acceptoren Fe 3+ : E V (ph 2) of +0.2 bij ph 7 Waar komen electronen vandaan? Organische moleculen of anorganische moleculen Acetaat + 8 Fe 3+ 2HCO Fe H + G 0 = kj/mol Arsenaat -> arseniet

27 Chloraat Mn4+ Fe 3+ selenaat dimethylsulfoxide arsenaat Trimethylalanine-N-oxide Fumaraat

28 ?? Bv. een suiker

29 Ecologische niche Fermentatie Zuurstof is gelimiteerd Alternatieve electronen acceptoren gelimiteerd - CO 2 is natuurlijk altijd aanwezig -? : H 2 H 2 = eindproduct van een fermentatie!!!

30 Metabolische diversiteit: fermentatie Fermentatie Respiratie Energie metabolisme? substraat-gebonden fosforylatie uitzonderlijk protondrijvende kracht relatief lage energie opbrengst Electronen balans? balans? Interne electronen acceptor H 2 CO 2 + eindproducten Cel componenten Energie metabolisme? protondrijvende kracht substraat-gebonden fosforylatie relatief hoge energie opbrengst Electronen balans? balans? Externe electronen acceptor CO 2 Cel componenten

31 Waar is substraatsgebonden fosforylatiemogelijk?? Hoeveel ATP /glucose Glucose ethanol + CO kj = 7ATP Toch maar 2ATP!!!

32 Electronen balans Oxidatie-reductie balans Hydrogenase Gereduceerde eindprod

33 Soorten fermentaties

34 Soorten fermentaties

38 Enterobacter

39 Uitzondering ATP vorming Propiogenium modestum Succinaat + H 2 O propionaat + HCO 3- ( G 0 : kj) Oxalobacter formigens Oxlataat -- + H 2 O formiaat - + HCO 3- ( G 0 : kj)

40 Syntrofie: samen groeien Eén enkel organismen kan een bepaalde component niet metaboliseren maar twee organismen wel. meeste voorbeelden betreffen gebruik van H 2 Hierbij wordt H 2 geproduceerd door één organisme en gebruikt door een ander = Interspecies hydrogen transfer Energie huishouding: ATP zowel gevormd via substraatslevel fosforylatie als via proton drijvende kracht

41 * ** ** hydrogenase optake: hoge affiniteit

42 Butyraat - + H 2 O -> 2 acetaat - + H + +2H 2 G

43 Afbraak van organische zuren: niet kennen Afbraak van vetten lipiden: niet kennen Afbraak van fosfolipiden: niet kennen Afbraak van vetzuren: niet kennen Moleculaire zuurstof (O 2 ) als reactant in metabolische processen (15.27 &15.28: wel kennen) Oxigenasen: mono-oxygenase: incorporatie van één O = ½ O 2 als OH groep, 2 O wordt gereduceerd tot H 2 O di-oxygenase: incorporatie van twee O : 1 O 2 Biosynthese: zie vorming van sterolen

44 Afbraak alifatische koolwaterstoffen Pseudomonas Nocardia Mycobacterium Oxidatiestappen

45 Afbraak van aromatische koolwaterstoffen Aëroob Complexe aromaten eerst afbreken tot - protocatechuaat - catechol

46 Voorbeeld: benzeen

48 Anaërobe afbraak van aromatische koolwaterstoffen Reeds O-atoom in molecule CoA- derivaat: energie

49 Methanotrofie en methylotrofie CH 4 CH 3 OH CH 2 O HCOO - CO 2 Bv Methylosinus = methaan oxideerder Energie metabolisme

50 Koolstofassimilatie Type I = ribulose monofosfaatweg

51 Methanotrofie en methylotrofie Type II = serine weg Minder gunstig dan de ribulose fosfaatweg voor biosynthese (waarom?)

52 Bacteriën zelf: mehanotrofen doch ook ammonium oxidatie (12.6) Substraten

53 Bacteriën zelf: mehanotrofen doch ook ammonium oxidatie (12.6)

54 Type I membraan Type II membraan Sybiosis met mossels en sponsen

Metabolisme van hexosen en polysacchariden Afbraak van hexosen en polysacchariden (15.24 (Brock ed. 9); 17.25 Brock ed.

55 Metabolisme van hexosen en polysacchariden Afbraak van hexosen en polysacchariden (15.24 (Brock ed. 9); Brock ed. 10 : niet kennen Enkele voorbeelden: afbraak van zetmeel (veel) afbraak van cellulose (beperkt: Cytophaga & clostridia) disachariden & vorming van polymeren zoals dextraan

56 Cellulose afbraak bv bij Cytophaga hutchinsonii Hydrolyse v zetmeel K-iodide oplossing (lugol)

57 Vorming van dextraan: Leuconostoc mesenteroides

58 Stikstoffixatie Beperkt tot prokaryoten Vrijlevende aërobe stikstoffixeerders Vrijlevende anaërobe stikstoffixeerders Symbiotische stikstoffixeerders Azotobacter Klebsiella Bacillus azotofixans Cyanobacteria Alcaligenes Thiobacillus Rhizobium Bradyrhizobium Sinorhizobium Azorhizobium Leguminosen Clostridium Desulfovibrio Frankia Chromatium Rhodospirillum Rhodopseudomonas Rhodopila Rhodobacter etc. Methanosarcina Methanococcus

59 Reductie van N 2 naar ammonium cel (aminozuren) Nitrogenase: Fe-Mo cofactor Alternatief nitrogenase: vanadium als co-factor

60 Probleem bij N2 fixatie? N N is zeer stabiel 940 kj O=O: slechts 493kJ Reductie van N 2 naar ammonium is een ATP verbruikend proces Zes electronen zijn nodig om N 2 2NH 3 te reduceren N 2 fixatie is een zeer reducerend proces en de enzymen worden geinhibeerd door de aanwezigheid van zuurstof, ook bij de aëroben; dus dient er een zuurstof protectie te zijn van de enzymen!! De manier om tegen zuurstof effect te beschermen is bij de aëroben verschillend van organisme tot organisme

61 Electronen flow in het nitrogenase complex e? ATP? H 2?

62 Nif regulon: 24kb 20 genen Co-factor structurele genen regulatie genen Genetica Strikte regulatie: zuurstof, NH 3

63 Nitrogenase assay: gaschromatografisch

Vergelijkbare documenten

Methanobrevibacter Methanospirillum. Methanosarcina Methanocaldococcus. Methanotorris. Methanosaeta. Methanothermus

Methanobrevibacter Methanospirillum Methanosarcina 13. 6 Methanocaldococcus Methanotorris Methanosaeta Methanothermus Grote % GC spreiding, = grote fylogenetische heterogeniteit Andere electronen acceptoren