разд. В,3). В строго анаэробных организмах, таких, как клостридий, гидрогеназы связаны с ферредоксинами. Очищенные гидрогеназы оказались железо-серными белками [50, 111, 112]. Фермент из Clostridium pasteurianum имеет мол. вес 60 000 и содержит четыре 'атома железа и четыре атома лабильной серы. Высказывалось предположение, что гидрогеназа содержит кластер Fe4S4, способный принимать или отдавать один или два электрона, и что этот кластер является центром связывания или образования Н2 [111].

б. Нитрифицирующие бактерии

1) Эти изменении свободной энергии можно оценить по данным табл. 3-3. Используя первую колонку (AG^), рассчитывают, что AG* для уравнения (10-24) составляет

—34,5—237,2+79,5. Чтобы получить АС (рН 7), нужно вычесть величину 2-7Х Х5,708 кДж, соответствующую разбавлению водородных ионов от активности, равной единице, до концентрации Ю-7 М. Можно использовать также значение АСОКЯСЛ (рН 7) окисления с помощью NAD+. В этом случае АС (рН 7) для уравнения (10-24) оценивается как 12,3+372,7—-219,0' 3 кДж. Третий член представляет собой свободную

энергию окисления трех молей NADH за счет-—О*

Два рода почвенных бактерий превращают ионы аммония в нитрит и нитрат [уравнения (10-24) и (10-25)]4> [113]:

NH* + ~Y Os »- NO2 + 2H+ + H20 (Nitrosomonas) t

AG' (pH 7)= —272 кДж-моль"1.

N07+ Os NO3 (Nitrobacter),

AG'(pH 7)=—76 кДж-моль"1.

(10-24)

(10-25)

Важное значение этих реакций для энергетического обмена бактерий было установлено в 1895 г. Виноградским, впервые предложившим понятие хемоавтотрофии. Поскольку нитрифицирующие бактерии растут медленно (время одной генерации составляет ~10—12 ч), было трудно набрать достаточное количество клеток для биохимических исследований, и успехи в их изучении не 'Слишком велики. Наиболее сложно выглядит цепь реакций, катализируемых бактериями Nitroso-tnonas [уравнение (10-26)], которая предположительно протекает в три стадии:

?2 е?А

NOH

Е0' (рН 7) = +0,069 V

н2о.

3 н

А

2 е~

(10-26)

Присутствие гидразина блокирует окисление гидроксиламина (NH2OH) и приводит к накоплению этого промежуточного соединения [уравнение (10-26)]. Окисление иона аммония молекулой Ог в гидр-оксиламин является эндергоническим процессом ? AG' (рН 7) = = 16 кДж-моль^1 и не может обеспечивать клетку энергией. С другой стороны, окисление гидроксиламина в нитрат за счет 02 является высоко экзергонической реакцией с AG' (рН 7)==—228 кДж-моль-1. Соответствующие электродные потенциалы для двух- и четырех-электронных стадий окисления указаны в уравнении (10-26). Как можно видеть, на второй стадии в цепь переноса электронов поставляются четыре электрона примерно с потенциалом флавопротеида. На каждые два электрона должны синтезироваться две молекулы АТР, так что полная реакция даст четыре молекулы АТР.

Попытки приготовить растворимую NH*-окисляющую систему к успеху не привели, но зато были получены гидроксиламинокисляющие частицы, содержащие цитохромы типа Ь и с, а возможно, и флавины [114, 115]. По-видимому, эти частицы отщеплялись от концевой оксид-азной системы (цитохрома а).

Другой род нитрифицирующих бактерий Nitrobacter получает энергию с помощью более простой реакции {уравнение (10-25) ]j со сравнительно небольшим понижением свободной энергии. Двухэлектронное окисление передает электроны в цепь переноса при значении Е°' = = 0,42 В. Логично предположить, что иа каждую пару электронов должна образовываться одна молекула АТР. Однако в мембранах Nitrobacter имеется непонятная система различных цитохромов [116, 117]. Ясно только то, что часть АТР, образующегося при переносе электронов от нитрита к кислороду, используется для запуска обращенного потока электронов, генерирующего восстановленные пиридиннуклеоти-ды, необходимые для реакций биосинтеза [уравнение (10-27)].

NAD+

Флавопротеид

I Цит\

Цитохром-Ъ90 »*/ю«-552

ADP + Р;

Лили?. АТР

Обращенный поток электронов

ADP + Р,

Цитохром-ШЪ

Цитохромоксидаза "^*АТР

Окислительное фоарорилирование

Q.

(10-27)

Интересная особенность строения Nitrobacter — это наличие нескольких двухслойных мембран, полностью окружающих внутреннюю часть клетки. Поступающий в клетку нитрит окисляется на этих мембранах, но не может проникнуть внутрь клетки, где он мог бы оказать токсическое действие.

в. Бактерии, окисляющие серу

Бактерии рода Thiobacillus способны окислять сульфид, элементарную серу, тиосульфат и сульфит в сульфат [12, 118—120]. Многие из этих маленьких грамотрицательных организмов, встречающихся в воде и в почве, могут расти на простой солевой среде, содержащей окисляемые серные соединения и С02. Несколько усложняет понимание реакций, с помощью которых вырабатывается энергия, тенденция атомов серы к образованию цепных молекул. Так, при окислении сульфида не вполне ясно, должен ли он обязательно превращаться в элементарную серу, как показано в уравнении (10-28) (стадия а, внизу слева).

Он мог бы окисляться в сульфид, проходя через стадию образования какого-либо органического прои