ENZIMI DENITRIFICANTI:clusters genici Nitrato Riduttasi

Catena di trasporto degli elettroni e
relazione con E0'.
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 aa3, e gli elettroni vanno direttamente
dal citocromo b al citocromo o oppure d
Le alternative metaboliche
ACCETTORE DI
ELETTRONI
Prodotto finale
NOME DEL PROCESSO
O2
H2O
Respirazione aerobica
NO3-
NO2-, NH3 or N2
Bacillus,
Respirazione anaerobica:
Pseudomonas
denitrificazione
SO42-
S0 or H2S
Respirazione anaerobica : riduzione dei
solfati
Desulfovibrio
fumarato
succinato
E.coli
respirazione anaerobica :
con accettore organico di e-
CO2
CH4
Metanogenesi (Archea)
CHEMIOLITOTROFI
Gruppo fisiologico
Fonte di
elettroni
Prodotti finali
ossidati
Batteri
dell’idrogeno
H2
H2O
Metanogeni
H2
H2O
Methanobacterium
carbossidobatteri
CO
CO2
Rhodospirillum,
Azotobacter
batteri
nitrificanti
NH3
NO2-
Nitrosomonas
batteri
nitrificanti
NO2
NO3-
Nitrobacter
ossidanti zolfo
H2S or S0
SO42-
Thiobacillus,
Sulfolobus
Ferro-batteri
Fe 2+
Fe3+
Gallionella,
Thiobacillus
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: NH3 +3/2 O2
Nitrobacter può usare il nitrito prodotto
HNO2 + H2O
DENITRIFICAZIONE
•Diminuisce la quantità di azoto disponibile nel terreno
•Aumenta N2O nell’atmosfera
 diminuzione di ozono, effetto serra
•Bilancia il ciclo dell’azoto
• Una certa quantità di nitrati viene perduta per 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 O2, utilizzano NO3- come
accettore finale di elettroni.
• Per la riduzione del nitrato a N2 i batteri utilizzano 10 elettroni
2NO3-
4e
2NO2-
2e
2NO(g)
2e
N2O (g)
2e
N2 (g)
MICROORGANISMI DENITRIFICANTI
• Biochimicamente e tassonomicamente vari: auto/etero-trofi, fotosintetici
• Possiedono enzimi capaci di ossidare nitrati a N2
•Alcuni rilasciano N2O 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 O2
•Alte concentrazioni di nitrati
•5.5<pH<8.6
•Temperature > 5°C, anche se avviene anche fino a 0°C
Pathway di denitrificazione
• NaR risiede nel citoplasma dove arriva NO3• NO2- viene portato nel periplasma dove è ridotto da NiR
• NoR risiede nella membrana citoplasmatica e rilascia N2O nel periplasma
• Nel periplasma N2O viene ridotto a N2 da NoS
narK
NAR, Nitrato riduttasi;
NIR, Nitrito riduttasi
NOR, Ossido Nitrico riduttasi;
N2OR, Ossido Nitroso riduttasi
ENZIMI DENITRIFICANTI:clusters genici
Nitrato Riduttasi
Transmembrana
Periplasmatica (plasmidica)
narGHI: Eterotrimero
narJ: chaperone-like
narK: trasportatore di NOx
di membrana
napAB: Eterodimero
napC: cyt tipo c di
membrana, tetraeme
napD, KEF, GH:
proteine accessorie
Regolatori trascrizionali:
narXL: sistema a due componenti Regolazione trascrizionale :
sensibile a NOx
Espressa anche in presenza
Fnr: anaerobiotico
di O2.
Anr: simile a Fnr
ENZIMI DENITRIFICANTI:clusters genici
Nitrito Riduttasi
Cyt cd1 NIR
nirS: omodimero, eme c e d1
geni per citocromi e proteine
accessorie per la biosintesi
dell’eme.
Regolazione trascrizionale :
Mediata da proteine simili a Fnr
in carenza di O2
e/o presenza di NOx.
Rame NIR
nirK: omotrimero
Non sono stati trovati
altri geni nell’operone
Espresso in totale
anaerobiosi
ENZIMI DENITRIFICANTI:clusters genici
Ossido Nitrico Riduttasi
norCB: Eterodimero transmembrana
norQD: necessari per la crescita in anaerobiosi
norEF: 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:
nosZ: subunità catalitica
nosR: regolatore trascrizionale
nosDFYL: coinvolti nella regolazione dell’attività
enzimatica
Regolazione trascrizionale:
mediata da 6 promotori in condizioni di
totale anaerobiosi ed in presenza di NO