חיזור סולפט מיקרוביאלי
חיזור סולפט מיקרוביאלי הוא שם כולל עבור התהליך בו חיידקים וארכאונים אל-אווירניים אובליגטוריים ופקולטטיביים משתמשים בסולפט עבור יצור אנרגיה. בתהליך זה סולפט (SO2−4) מתחזר לסולפיד עד ליצירת מולקולת מימן גופרתי (H2S) בהצמדה לחמצון חומר אורגני או מימן. בדומה לתהליך הזרחון החמצוני המוכר בו חמצן (O2) הוא קבל האלקטרונים, בחיזור סולפט בקטריאלי החיידקים משתמשים בסולפט במקום בחמצן. מאחר שבתהליך זה האנרגיה המופקת קטנה מזו המופקת בזרחון חמצוני, חיזור סולפט מיקרוביאלי נמצא בעיקר בסביבות דלות בחמצן דוגמת קרקעית האוקיינוסים, אגמים משוכבים וביצות. יצור האנרגיה בתהליך זה הוא כה קטן עד שהוא מוגבל רק למיקרואורגניזמים חד תאיים ואין באפשרותו לתמוך ביצורים רב-תאיים, ולכן באותם מיקרואורגניזמים אנאירוביים פקולטטיביים תהיה תמיד העדפה להפיק את האנרגיה בתהליך של זרחון חמצוני על פני חיזור הסולפט[1].
מרבית החיידקים והארכאונים שמחזרים סולפט מסוגלים לחזר גם צורוני ביניים דוגמת גופרית אלמנטרית, סולפיט (SO2−3) ותיוסולפט (S2O2−3) ואף מולקולות המכילות גופרית דוגמת דימתיל סולפוקסיד[1].
השלבים בחיזור סולפט מיקרוביאלי
במהלך חיזור הסולפט המיקרוביאלי מתקיים מעבר של 8 אלקטרונים בין החומר המחזר לחומר המחמצן. השלבים העיקריים בחיזור סולפט מיקרוביאלי הם[2]:
- מולקולת סולפט נכנסת אל תוך המיקרואורגניזם.
- הסולפט בתוך התא משופעל עם מולקולת ATP ליצירת מולקולת APS (adenosine 5'-phosphosulfate).
- מולקולת ה-APS מקבלת 2 אלקטרונים ומתחזרת לסולפיט (SO2−3). בתהליך נוצרת גם מולקולה של AMP (Adenosine monophosphate).
- הסולפיט מתחזר לסולפיד עד ליצירת מולקולת מימן גופרתי (H2S) ובמקביל מולקולת ה-AMP הופכת למולקולת ADP (Adenosine diphosphate) תוך כדי השקעת מולקולת ATP נוספת.
ישנן עדויות לכך שהשלב הרביעי (חיזור של סולפיט לסולפיד) אינו מתרחש ישירות, אלא בתהליך שכולל יצירת צורוני ביניים המוזכרות לעיל.
חשיבות התהליך בטבע
עיקר חשיבות חיזור הסולפט המיקרוביאלי בטבע בא לידי ביטוי בסביבות ימיות, זאת מאחר שסולפט הוא האניון השני בשכיחותו באוקיינוסים (28 מילימולר) שם הוא נפוץ עד פי-100 יותר מחמצן מומס. על כן, חיזור סולפט מיקרוביאלי הוא התהליך העיקרי שמשמש לחמצון החומר האורגני שמגיע לקרקעית האוקיינוס מעמודת המים (אחראי לכ-50–70 אחוז מכלל פירוק החומר האורגני)[3].
בנוסף לכך, חיזור הסולפט המיקרוביאלי מצומד לחמצון המתאן[4] וצורך את מרבית המתאן שנוצר במשקע[5]. בכך מונע התהליך מהאוקיינוס מלהפוך למקור חשוב למתאן באטמוספירה (האוקיינוס מהווה רק 6% מכלל המקורות של המתאן באטמוספירה) ועל כן לתהליך זה משקל גדול בקביעת כמות הפחמן האורגני שנקבר בקרקעית האוקיינוס (דבר שמהווה מבלע חשוב לפחמן דו-חמצני אטמוספירי לאחר קיבועו בתהליך הפוטוסינתזה על ידי פיטופלנקטון ואצות) ואפשרות לוויסות ריכוזי הפחמן הדו-חמצני באטמוספירה על פני יחידות זמן גאולוגיות.
השפעות סביבתיות
תוצר הלוואי של חיזור הסולפט היא מולקולת מימן גופרתי. מולקולה זאת היא רעילה ובעלת ריח אופייני המזכיר ביצים רקובות שפעמים רבות מעיד על נוכחות חיידקים מחזרי סולפט בסביבה. מרבית המימן הגופרתי יגיב עם יונים שונים של מתכות בסביבה המימית ליצירת סולפידים מתכתיים, דוגמת ברזל גופרתי (FeS) שמקנה לבוצה את צבעה החום או השחור[6].
חיידקים מחזרי סולפט מעודדים את יצירת הקורוזיה כאשר מתכות באות במגע עם מים עשירים בסולפט; המגע בין המים למתכות יוצר שכבה של יוני מימן על גבי המתכות. יוני המימן מחומצנים על ידי החיידקים ליצירת מימן גופרתי, שבתורו מעודד את היווצרות הקורוזיה.
עדויות לתהליך בתיעוד הגיאולגי
העדות הראשונה לתהליך חיזור סולפט מיקרוביאלי מתוארכת לימי קדם[7]. הדרך העיקרית בה תהליך זה מזוהה בסלעים היא באמצעות מדידת נפיצות האיזוטופים היציבים של גופרית במינרלים שמכילים סולפט (גבס או בריט) ובמינרלים שמכילים גופרית מחוזרת (פיריט או גופרית אלמנטרית) זאת מאחר שהפרקציונציה האיזוטופית בתהליך זה עבור גופרית היא מהגבוהות בטבע (עד כ-70‰)[8]. חיזור סולפט מיקרוביאלי בשלב קדום בכדור הארץ מעיד על התרומה המשמעותית של חיידקים אלה למחזור הגופרית בטבע[2].
ראו גם
הערות שוליים
- ^ 1.0 1.1 Muyzer, G. and Stams, A. J., (2008). The ecology and biotechnology of sulphate-reducing bacteria. Nature Reviews Microbiology, 6, pp. 441–454.
- ^ 2.0 2.1 Barton, Larry L. & Fauque, Guy D., (2009). Biochemistry, Physiology and Biotechnology of Sulfate-Reducing Bacteria. Advances in Applied Microbiology, 68, pp.41–98.
- ^ Jørgensen, B.B., (1982). Mineralization of organic matter in the sea bed-the role of sulphate reduction. Nature, 296, pp.643-645.
- ^ Boetius, A., Ravenschlag, K., Schubert, C.J., Rickert, D., Widdel, F., Gieseke, A., Amann, R., Jørgensen, B.B., Witte, U. and Pfannkuche, O., (2000). A marine microbial consortium apparently mediating anaerobic oxidation of methane. Nature, 407(6804), pp.623-626.
- ^ Reeburgh, W.S., (2007). Oceanic methane biogeochemistry. Chemical Reviews, 107(2), pp.486-513.
- ^ Ernst-Detlef Schulze, Harold A. Mooney., (1993), Biodiversity and ecosystem function, Springer-Verlag, pp.88–90.
- ^ Shen, Y., Buick, R. and Canfield, D.E., (2001). Isotopic evidence for microbial sulphate reduction in the early Archaean era. Nature, 410(6824), pp.77-81.
- ^ Sim, M.S., Bosak, T. and Ono, S., (2011). Large sulfur isotope fractionation does not require disproportionation. Science, 333(6038), pp.74-77.
| בקטריולוגיה | ||
|---|---|---|
| מונחי יסוד | פרוקריוטים • ארכאונים (חיידקים קדומים) • חיידקים אמיתיים • אנדוטוקסין |  |
| חלקי התא החיידקי ואברוניו | נוקלאואיד • פלסמיד • ציטופלזמה • ריבוזום • קרום התא • דופן התא: פפטידוגליקן (חומצה טיכואית) • פריפלזמה • קרום חיצוני: ליפופוליסכריד • קפסולה ו-Slime layer • שוטון • פילי • פימבריה • ביופילם | |
| מורפולוגיה | נקד • מתג • סלילון | |
| פיזיולוגיה | פליגה • קוניוגציה • טרנספורמציה • עמידות לאנטיביוטיקה | |
| מטבוליזם | חיידקים אירוביים (אווירניים אובליגטוריים, אווירניים פקולטטיביים, מיקרואירופילים) • חיידקים אנאירוביים (אל-אווירניים אובליגטוריים, אל-אווירניים פקולטטיביים, אל-אווירני סובל אוויר) • תסיסה • חיזור סולפט מיקרוביאלי • חיידקים סגולים | |
| שיטות בקטריולוגיות | צביעת גראם (חיידקים גראם-חיוביים, חיידקים גראם-שליליים) • צביעה יציבת חומצה • מבחן קטלאז • מבחן אוקסידאז • מבחן קואגולאז • סיווג לנספילד • מבחן CAMP | |
| מיגור חיידקים | חיטוי • פסטור • עיקור • אנטיביוטיקה | |
38186477חיזור סולפט מיקרוביאלי