Бактерії циклу сірки та їхня роль у природі

Автор: Пользователь скрыл имя, 03 Апреля 2013 в 10:27, статья

Описание работы

Описано процеси кругообігу сірки в природі. Головну увагу звернено
на біологічні аспекти цього процесу. Наведено коротку характеристику мік-
роорганізмів, що беруть участь у кругообігу сірки. Детально описано біохі-
мічні механізми перетворень сірки та її сполук. Схарактеризовано процеси
окиснення сполук сірки безбарвними та фототрофними сірковими бактерія-
ми і відновлення сульфатів, сірки та інших її сполук. Розглянуто практичні
аспекти кругообігу сірки, зокрема, можливість використання сульфатвідно-
влювальних бактерій у біотехнологічних процесах очищення стічних вод
від сульфатів та важких металів, анаеробну корозію металів і вплив сірково-
дню на живі організми.

Скачать полностью (901.55 Кб) Сколько стоит заказать работу?
Работа содержит 1 файл

стаття.pdf

— 940.20 Кб (Скачать)
Page 1
ВІСНИК ЛЬВІВ. УН-ТУ
VISNYK OF L’VIV UNIV.
Серія біологічна. 2007. Вип. 43. С. 61-77
Biology series. 2007. Is. 43. P. 61-77
 © Галушка А., Перетятко Т., Гудзь С., 2007
УДК 579.846.2:579.266.4
БАКТЕРІЇ ЦИКЛУ СІРКИ ТА ЇХНЯ РОЛЬ У ПРИРОДІ
А. Галушка, Т. Перетятко, С. Гудзь
Львівський національний університет імені Івана Франка
вул. Грушевського, 4, Львів, 79005, Україна
e-mail: a_halushka@mail.ru
Описано процеси кругообігу сірки в природі. Головну увагу звернено
на біологічні аспекти цього процесу. Наведено коротку характеристику мік-
роорганізмів, що беруть участь у кругообігу сірки. Детально описано біохі-
мічні механізми перетворень сірки та її сполук. Схарактеризовано процеси
окиснення сполук сірки безбарвними та фототрофними сірковими бактерія-
ми і відновлення сульфатів, сірки та інших її сполук. Розглянуто практичні
аспекти кругообігу сірки, зокрема, можливість використання сульфатвідно-
влювальних бактерій у біотехнологічних процесах очищення стічних вод
від сульфатів та важких металів, анаеробну корозію металів і вплив сірково-
дню на живі організми.
Ключові слова: цикл сірки, сіркові бактерії, сульфатвідновлювальні бактерії,
сірка, сульфати, сірководень.
Сірка як один з біогенних елементів є в складі всіх живих організмів. Вона міс-
титься в амінокислотах (0,8–2,4%), вітамінах, коферментах, а також рослинних ефірних
оліях [1]. Тому кругообіг сірки має важливе значення для підтримання життя на Землі. У
великих кількостях її сполуки наявні в земній корі, кам’яному вугіллі, сланцях, нафті,
природних газах [1].
Також сірка є елементом зі змінною валентністю, тому вона може вступати у
різноманітні хімічні та біохімічні окисно-відновні реакції. Переважна більшість таких
реакцій у природі відбувається за участю живих організмів. Значення цих реакцій для
різних організмів різне – для одних вони є джерелом енергії, інші використовують про-
дукти цих реакцій у процесах катаболізму, для ще інших субстрати цих реакцій є доно-
рами електронів.
Циклічні перетворення сполук сірки називають кругообігом сірки [1]. Схематично
цей процес показано на рис. 1. Кругообіг сірки складається з окиснювальних і відновлю-
вальних стадій, а також з процесів, що відбуваються без зміни ступеня окиснення сірки.
Загалом у процесах кругообігу сірки ступінь її окиснення змінюється від -2 до +6. Біль-
шість процесів кругообігу сірки забезпечують мікроорганізми.
У місцях колишніх сіркодобувних кар’єрів часто
виникає складна екологічна ситуація, пов’язана з пору-
шенням процесів кругообігу сірки. Внаслідок окиснен-
ня елементарної сірки у великих кількостях накопичу-
ються сульфати, що створює сприятливі умови для
розвитку сульфатвідновлювальних бактерій. Наслід-
ком цього є нагромадження сірководню, що токсичний
для всіх живих організмів.
Відновлювальний етап кругообігу сірки
Відновлення сульфатів відбувається у процесах
дисиміляційної та асиміляційної сульфатредукції.
SO
 4
2-
 S
 2-
 SO
 3
2-
 S
 0
 SO
 3
2-
 Органічна сірка
Рис. 1. Кругообіг сірки в природі.
Page 2

62
А. Галушка, Т. Перетятко, С. Гудзь
Принциповою відмінністю цих процесів є те, що головна функція дисиміляційної сульфа-
тредукції – забезпечення клітини енергією, а асиміляційна слугує лише для забезпечення
клітини органічною сіркою [62].
Дисиміляційну сульфатредукцію забезпечують сульфатвідновлювальні бактерії,
які використовують сульфат як кінцевий акцептор електронів і отримують енергію для
росту внаслідок окиснення органічних речовин і молекулярного водню [20].
Мікроорганізми, що здатні відновлювати сульфати, належать до чотирьох неспорі-
днених груп. Найбільша з них належить до класу Deltaproteobacteria лінії Proteobacteria
домену Bacteria й охоплює роди Desulfovibrio, Desulfomicrobium, Desulfobacter, Desulfo-
bacterium, Desulfococcus, Desulfomonas та ін. Друга група представлена родом Desulfoto-
maculum, що належить до лінії Firmicutes. Третя група – це лінія Thermodesulfobacteria з
єдиною родиною Thermodesulfobacteriaceae і єдиним родом Thermodesulfobacterium. Чет-
верта група – це рід Archaeoglobus, що належить до родини Archaeoglobaceae домену
Archaea [1, 7].
Клітини сульфатвідновлювальних бактерій мають різноманітну форму: сферичну,
овальну, паличкоподібну, спіральну або віброїдну (рис. 2). Їхні розміри становлять від
0,4 до 3,0 мкм. Клітини можуть бути поодинокі, у парах або агрегатах. Трапляються та-
кож форми у вигляді однорядних бага-
токлітинних ниток. Клітини більшості
родів грамнегативні, проте окремі пред-
ставники нитчастих і спороутворюваль-
них форм можуть забарвлюватися за
Грамом позитивно. Всі сульфатвіднов-
лювальні бактерії – строгі анаероби.
Окрім сульфатів, вони в деяких випад-
ках можуть відновлювати сірку. Усі дос-
ліджені види здатні фіксувати молекуля-
рний азот. Місце перебування – безкис-
неві осади або придонний шар у прісно-
водних, морських або сильно засолених
водоймах [6].
Для сульфатвідновлювальних архе-
їв характерні кокоподібні клітини не-
правильної форми, часто трикутні, діа-
метром 0,4–1,3 мкм, поодинокі чи в па-
рах, можуть бути з джгутиками. За Гра-
мом вони зафарбовуються негативно.
Утворюють зеленкувато-чорні блискучі
колонії діаметром 1–2 мм. Як і сульфат-
відновлювальні бактерії, вони є строги-
ми анаеробами, що здатні до хемолітот-
рофного, хемоорганотрофного чи хемо-
міксотрофного живлення. Окрім сульфа-
тів, можуть відновлювати сірку, проте в
цьому разі не простежено росту. Суль-
фатвідновлювальні археї ростуть при
 Рис. 2. Електронна мікрофотографія сульфатовід-
новлювальних бактерій [3]: а – віброїдні
клітини Desulfovibrio vulgaris (×12 000), б –
ті ж, спіралеподібні (×6 000); в – Desulfovi-
brio lacunatus (×22 000); г – Desulfovibrio
sp. (×11 000).
 а
б
в
г
Page 3

БАКТЕРІЇ ЦИКЛУ СІРКИ ...
63
температурі 60–95ºС, рН 4,5–7,5 та солоності середовища (за NaCl) 0,9–3,6%, оптимальна
температура – близько 83ºС, рН – близько 6 [6].
Сульфатвідновлювальні бактерії є головними продуцентами сірководню в природі.
Експериментально доведено, що у водах, збагачених сульфатами, інтенсивність сульфат-
редукції визначає швидкість розвитку фотосинтезувальних і безбарвних сіркобактерій та
є каталізатором кругообігу речовин біотопу загалом [1, 5]. Екологічні дослідження підт-
верджують значне поширення сульфатвідновлювальних бактерій у водоймах різного ти-
пу. В усіх випадках ці мікроорганізми виявляли тільки в анаеробних умовах, причому
їхня кількість була найбільшою в поверхневому шарі мулових відкладів. У прісних оліго-
трофних озерах кількість бактерій не перевищувала 10 клітин в 1 мл, у прісних мезотроф-
них коливалась від 0,5×10
 3
 до 0,47×10
 6
 клітин/мл, у прісних евтрофних – до 3×10
 5
 клітин/мл.
У мулах солоних евтрофних озер виявлено десятки мільйонів клітин сульфатвідновлюва-
льних бактерій в 1 мл.
Активні сульфатвідновлювальні бактерії виявлені в широких межах коливань окис-
но-відновних умов, при Eh від –195 до +190 мВ, rH
 2
 7,6–20,8 і pH 4,9–7,5. У разі високого
окисно-відновного потенціалу ці мікроорганізми знайдені лише в озерах без кисню і з висо-
кою концентрацією солей закисного заліза, що й зумовлювало додатне значення Eh [5].
Сульфатвідновлювальні бактерії здатні до хемоорганогетеротрофного, хемолітоге-
теротрофного та хемолітоавтотрофного живлення [48]. Ріст у хемолітогетеротрофних та
хемолітоавтотрофних умовах відбувається завдяки окисненню молекулярного водню чи
інших неорганічних сполук.
Прикладами бактерій, що забезпечують хемолітогетеротрофний метаболізм, є низ-
ка штамів Desulfovibrio sp., Desulfotomaculum sp., D. nigrificans [7]. Ю. Сорокін [9, 10]
уперше довів, що бактерії роду Desulfovibrio ростуть хемолітогетеротрофно внаслідок
окиснення молекулярного водню, використовуючи ацетат і СО
 2
 в конструктивному обмі-
ні. Включення ацетату і СО
 2
 у D. vulgaris відбувається у незамкнутому циклі трикарбоно-
вих кислот (ЦТК) через утворення ацилу, що перетворюється в піруват. Піруват і СО
 2
 далі перетворюються в оксалоацетат.
До хемолітоавтотрофного росту здатні, наприклад, Desulfotomaculum orientis,
D. autotroficum, Desulfobacter hydrogenophilus, Desulfococcus niacini, Desulfonema limicola,
Desulfotomaculum kuznetzovii [7], Archaeoglobus sp. [62]. Вид Desulfobacter hydrogenophi-
lus добре росте в середовищі з Н
 2
 +СО
 2
 за наявності сульфату [7].
Під час хемоорганогетеротрофного росту сульфатовідновлювальні бактерії мо-
жуть використовувати як донори вуглецю та енергії такі сполуки: лактат, піруват, формі-
ат, ацетат, пропіонат, бутират та інші жирні кислоти, етанол, фруктозу, ацетон, дикарбо-
нові кислоти, амінокислоти, вуглеводні й інші сполуки [7, 62].
Сульфатвідновлювальні бактерії можна умовно розділити на дві групи. Група А
охоплює ті з них, які за наявності сульфатів окиснюють органічні речовини до ацетату і
СО
 2
 , тобто не повністю. Група В об’єднує види, що окиснюють низки органічних речо-
вин за наявності сульфатів повністю до СО
 2
 [7].
У бактерій групи А, як звичайно, нема окремих ферментів циклу Кребса. Прикла-
дом таких організмів може бути рід Desulfovibrio [7]. Схема розкладу лактату до ацетату
цими бактеріями зображена на рис. 3.
У процесі гетеротрофного росту органічні сполуки, що їх сульфатвідновлювальні
бактерії використовують як донори електронів, одночасно є джерелом вуглецю для клі-
тинного синтезу. Проте в деяких випадках, крім них, у конструктивному обміні бактерії
Page 4

64
А. Галушка, Т. Перетятко, С. Гудзь
можуть застосовувати вуглекислий газ. У випадку автотрофного росту вуглекислий газ
стає єдиним джерелом вуглецю [62].
Відновлення сульфату до сульфіду є восьмиелектронним ступеневим процесом,
що відбувається через низку проміжних сполук. Однак сульфатвідновлювальні бактерії
не виділяють цих сполук у навколишнє середовище. Тільки в двох випадках повідомлено
про екскрецію малих кількостей сульфіту та тіосульфату Desulfovibrio desulfuricans [20,
71]. Це не обов’язково засвідчує, що тіосульфат є прямою проміжною сполукою [62].
Оскільки всі ферментативні реакції відновлення сульфату відбуваються у цитопла-
змі або на внутрішній стороні плазматичної мембрани, то сульфат повинен проникнути в
клітину. Результати досліджень зі штамами Desulfovibrio, Desulfobulbus propionicus та
Desulfococcus multivorans [20, 84] підтвердили, що поглинання сульфату в сульфатвіднов-
лювальних бактерій відбувається завдяки іонному градієнту. У прісноводних видів
(Desulfovibrio desulfuricans, Desulfobulbus propionicus) сульфат транспортується одночас-
но з протонами. У помірно галофільних видів (Desulfovibrio salexigenes, Desulfococcus
multivorans) поглинання сульфатів забезпечене потоком іонів натрію [48, 67, 84].
Перед відновленням сульфат активує АТФ-сульфурилаза [51]; продуктом є адено-
зинфосфосульфат (АФС). АТФ-сульфурилаза значно поширена в природі і знайдена май-
 Рис. 3. Розклад лактату до ацетату та відновлення сульфатів у видів роду Desulfovibrio [35]. Фд –
фередоксин; Х – невідомий переносник водню; 1 – зв’язана з мембраною лактатдегідроге-
наза; 2 – піруватферодоксиноксиредуктаза; 3 – фосфотрансацетилаза; 4 – ацетаткіназа; 5 –
АТФ-сульфурилаза; 6 – пірофосфатаза; 7 – АФС-редуктаза; 8 – сульфітредуктаза; 9 – цито-
плазматична дегідрогеназа; 10 – периплазматична гідрогеназа.
 СН
 3
 СНОН СООН
2СН
 3
 СО СООН
2СН
 3
 СО СоА
2СН
 3
 СО Р
2СН
 3
 СООН
 СоА
2Со
 2
 2Фд
2ФДН
 2
 2Фн
2СоА
2АДФ
2АТФ
 1
 2
3
4
 8е
 2Н
 +
 6Н
 +
 5
6
7
SO
 4
2-
 АФС
SO
 3
2-
 S
 2-
 АТФ
ФФн
2Фн
Н
 2
 О
АМФ
 8
 3Н
 2
 О
 с
 3
 8Н
 +
 10
 4Н
 2
2Х
2ХН
 2
 4Н
 2
 9
цитоплазма мембрана периплазма
Page 5

БАКТЕРІЇ ЦИКЛУ СІРКИ ...
65
же в усіх типах організмів [62]. Молекулярні маси різних АТФ-сульфурилаз варіюють
залежно від виду та мають моно-, ди-, тетра- або гексамерну структуру. Більшість АТФ
-сульфурилаз складається з однакових субодиниць, на відміну від ферменту E. coli
К12, що складається з двох різних субодиниць. АТФ-сульфурилази Desulfovibrio
desulfuricans та D. gigas є гомотримерами з приблизними молекулярними масами 141
та 147 кДа, відповідно [30]. АТФ-сульфурилаза містить кобальт і цинк [30].
АФС є електронним акцептором, що перетворюється до сульфіту або бісульфіту
та АМФ під дією АФС-редуктази [62]. Цей фермент також виявлений у деяких фотолі-
тотрофних пурпурових і зелених бактерій та кількох тіобацил [13, 24, 36, 71]. У цих
бактерій АФС-редуктаза каталізує зворотну реакцію. Усі АФС-редуктази є негемовими
залізо-сірковими флавопротеїнами. В разі очищення АФС-редуктази з D. desulfuricans
та D. vulgaris отримали високоактивний фермент. Очищений фермент має гетеродимер-
ну структуру (αβ) та молекулярну масу 95 кДа. На підставі даних про первинну структу-
ру вважають, що α-субодиниця містить одну молекулу ФАД, а β-субодиниця – два [4Fe-
4S]-центри [30]. Ці дві субодиниці перебувають у тісному контакті між собою (рис. 4).
АФС-редуктаза здатна приєднувати сульфіт у положенні N(5) ФАД [30].
Дисиміляційна АФС-редуктаза також перетворює сульфіт і АМФ до АФС у про-
цесі аноксигенного фотосинтезу та денітрифікації у фототрофних і денітрифікувальних
бактерій, відповідно [62].
Активність АФС-редуктази, як і інших ферментів, залежить від багатьох чинни-
ків. Активність прямої та зворотної реакції не залежить від концентрації ферменту. Ви-
сока концентрація солей (0,5–1,0 М) пригнічує фермент, найвища активність зафіксова-
на за концентрації солей 20 мМ.
На відміну від прямої реакції, кінетика зворотної реакції цілком підпадає під за-
кон Міхаеліса. Зворотну реакцію інгібує АМФ, у разі його концентрації 1,8 мМ реакція
повністю припиняється [32].
Наступним етапом процесу дисиміляційної сульфатредукції є відновлення сульфіту.
Сульфіт (:SO
 3
2-
 ) або його протонована форма бісульфіт (таутомерні форми [:SO
 2
 O-H]
 -
 та [H-
SO
 2
 O:]
 -
 ), що практично однаково поширені при рН 7,0 (рК
 а2
= 6,99), є пірамідальними моле-
кулами з вільними електронними парами біля сірки і значно реакційноздатніші, ніж суль-
фат. Припускають, що бісульфіт, а не сульфіт є субстратом у разі відновлення до сульфіду
[24] і, як наслідок, сульфітредуктазу називали бісульфітредуктазою [36]. Відновлення
сульфіту (+IV) до сульфіду (-II)
під дією сульфітредуктази
передбачає транспортування
шести електронів.
Активні центри дисимі-
ляційної та асиміляційної суль-
фітредуктаз характеризують
двома металокофакторами –
редукованим порфірином ізо-
бактеріохлорінового класу –
сирогемом [51, 20] та залізо-
сірковим кластером ([FeS]).
Їхньою функцією є транспорту-
вання електронів до субстрату.
 Рис. 4. Структурна модель АФС-редуктази [31].
Високопотен-
ціальний [4Fe-S]
кластер =
центр ІІ
Низькопотен-
ціальний [4Fe-S]
кластер = центр І
Page 6

66
А. Галушка, Т. Перетятко, С. Гудзь
У сульфатвідновлювальних бактерій відповідно до ультрафіолетових видимих
спектрів поглинання та інших молекулярних характеристик розрізняють чотири головні
типи дисиміляційних сульфітредуктаз: зелений білок десульфовіридин, червонувато-
коричневий десульфорубідин і десульфофусцидин та Р582 [26]. Дисиміляційні сульфіт-
редуктази загалом мають структуру α
 2
 β
 2
 [21]. Однак у дисиміляційній сульфітредуктазі
типу десульфовіридину Desulfovibrio vulgaris [62] та D. desulfuricans Essex [71] знайде-
ний третій тип субодиниці (γ), що дає змогу припустити про наявність у них гексамер-
ної структури ферменту (α
 2
 β
 2
 γ
 2
 ).
Існує дві гіпотези, які пояснюють відновлення сульфіту до сульфіду: послідовне
відновлення через три двохелектронні кроки з утворенням тритіонату та тіосульфату як
проміжних сполук
та пряме шестиелектронне відновлення без їхнього утворення [62].
В асиміляційному метаболізмі сірки сульфітредуктаза утворює сульфід для син-
тезу сірковмісної амінокислоти цистеїну. Метіонін та кофактори (наприклад, кофермент
А) отримують сірку з цистеїну. Асиміляційні сульфітредуктази (аСіР) з високою ймові-
рністю відновлюють сульфіт до сульфіду через шестиелектронне відновлення [62]. Су-
льфітредуктаза, виділена з D. vulgaris, відновлювала сульфіт до сульфіду подібно до
аСіР з E. coli. Тому її назвали “асиміляційноподібною сульфітредуктазою” [51]. Фер-
мент детально вивчений. Асиміляційна сульфітредуктаза D. vulgaris експресована в ін-
ших видів Desulfovibrio [73], а аСіР сульфатвідновлювальних бактерій відрізняються від
3SO
 3
2-
 H
 2
 S
 3
 O
 6
2-
 H
 2
 -SO
 4
2-
 S
 2
 O
 3
2-
 -SO
 4
2-
 H
 2
 S
 2-
 Рис. 5. Запропонований механізм відновлення сульфіту до сульфіду послідовними двохелектрон-
ними кроками. [4Fe-4S]-кластер, що зв’язаний з атомом феруму сирогему через сульфур,
представлений тільки одним Fe-іоном. L – білковий ліганд, що координує Fe-іон сирогему.
В процесі каталізу L заміщується сульфітом [66].
Page 7

БАКТЕРІЇ ЦИКЛУ СІРКИ ...
67
аСіР E. coli та дисиміляційних сульфітредуктаз сульфатвідновлювальних бактерій. Пер-
ші складаються лише з одного поліпептиду і не утворюють мультимерних білків; вони
мають низькоспінове залізо замість високоспінового і тільки один сирогем та [FeS]-
кластер на молекулу [38, 54]. Тан та Кован [73] запропонували механізм шестиелек-
тронного відновлення, каталізованого аСіР, що може також бути робочою гіпотезою
для розуміння інших сульфітредуктаз. Атом сірки сульфіту зв’язується з іоном Fe
 2+
 си-
рогему з незв’язаної сторони. Двохелектронне відновлення готує атом кисню SO-
зв’язку для протонування так, що може бути елімінований гідроксил-аніон. Через по-
вторюване відновлення двома електронами і наступне протонування атоми кисню пос-
тупово “відбираються” від сірки, внаслідок чого утворюється сульфід (рис. 5) [62].
До асиміляційної сульфатредукції здатні майже всі рослини і мікроорганізми.
Сульфат під час асиміляції відновлюється для включення сірки в органічні сполуки,
оскільки в живих організмах сірка трапляється майже винятково в відновленій формі в
вигляді сульфгідрильних (-SH) чи дисульфідних (-S-S-) груп. У обох випадках асимілю-
ється саме стільки поживних сірковмісних речовин, скільки їх потрібно для росту орга-
нізму, тому жодні відновлені продукти метаболізму сірки не виділяються в навколишнє
середовище. В результаті біосинтезу сірка головно входить до сірковмісних амінокис-
лот – цистину, цистеїну, метіоніну [1].
У разі асиміляційної сульфатредукції метаболізм сульфату також ініційований
АТФ-сульфурилазою; в асиміляційних шляхах АФС піддається прямому відновленню,
як у дисиміляційній сульфатредукції, або фосфорилюванню до 3′-фосфоаденозин-5′-
фосфосульфату (ФАФС) перед відновленням [62], унаслідок чого утворюється сульфіт,
який далі відновлюється за допомогою асиміляційної сульфітредуктази [62].
Відновлення сірки. До відновлення сірки здатні кілька неспоріднених між собою
видів та родів мікроорганізмів: Wolinella succinogenes (родина Helicobacteriaceae поряд-
ку Campylobacterales класу Epsilonproteobacteria лінії Proteobacteria), Sulfurospirillum
deleyanium (родина Campylobacteriaceae порядку Campylobacteriales), Desulfurella
(родина Desulfurellaceae порядку Desulfurellales класу Deltaproteobacteria лінії Proteo-
bacteria), Desulfuromonas (родина Desulfuromonadaceae порядку Desulfuromonadales
класу Deltaproteobacteria), Pyrodictium (родина Pyrodictiaceae порядку Desulfurococcales
класу Thermoprotei лінії Crenarchaeota домену Archaea), Pyrococcus furiosus (родина
Thermococcaceae порядку Thermococcales класу Thermococci лінії Euryarchaeota домену
Archaea) та ін. [1, 62].
На відміну від сульфату, молекулярна сірка хімічно реакційноздатніша і не потре-
бує енергозалежної активації перед відновленням. Проте вона має дуже малу розчинність
у воді (5 мг/л при 25 ºС [13]). Тому дискусійним є питання про те, чи може елементарна
сірка відігравати роль субстрату для сульфурредуктази. З більшою імовірністю в водному
середовищі може бути так звана гідрофільна сірка – елементарна сірка, асоційована з ма-
лими кількостями оксосполук, таких як політіонати (
 -
 O
 3
 S-S
 n‾
 SO
 3
-
 ), які мають деяку
розчинність [73]. За наявності сульфіду є інша можливість для розчинення сірки. У вод-
них розчинах сульфіду S
 8
 -кільце елементарної сірки розщеплюється внаслідок нуклеофі-
льної атаки HS
 -
 -аніона, й утворюються полісульфіди [73].
У середовищах з рН≈7 переважними видами полісульфідів є тетрасульфід (S
 4
2-
 )
та пентасульфід (S
 5
2-
 ). Ці два полісульфіди перебувають у динамічній рівновазі між со-
бою, а також з меншими концентраціями інших полісульфідів. Проте невідомо, який з
цих двох полісульфідів є панівним субстратом для полісульфідредуктази [62].
Page 8

68
А. Галушка, Т. Перетятко, С. Гудзь
Однак є бактерії, що ростуть з використанням сірки за неможливості її розчинен-
ня в вигляді полісульфідів [62].
Найліпше процес відновлення сірки досліджений у Wolinella succinogenes. Ця
бактерія здатна відновлювати сірку навіть без розчинних полісульфідів [67]. У цьому
разі сірка перед відновленням зв’язується з Sud-протеїном [38].
Фермент, що каталізує відновлення полісульфіду до сульфіду, називають полісульфі-
дредуктаза (Psr). Він кодований полісульфідредуктазним опероном (psrABC). Полісульфід-
редуктаза – це гетеротример, що складається з трьох субодиниць: PsrA, PsrB та PsrC [48].
Добре вивчене відновлення сірки в деяких археїв, зокрема, у роду Pyrodictium та
виду Pyrococcus furiosus. Рід Pyrodictium росте хемолітотрофно завдяки сірковому ди-
ханню за температури близько 100ºС [71]. Із мембранної фракції Pyrodictium abyssi ви-
ділено гідроген:сульфуроксидоредуктазний комплекс. Він складається з дев’яти поліпе-
птидів і має молекулярну масу приблизно 520 кДа. Вважають, що він має гідрогеназну
та сульфурредуктазну активність і містить переносники електронів; молекулярна струк-
тура комплексу забезпечує запасання енергії в процесі відновлення сірки за допомогою
водню [24]. Організація різних компонентів у такий великий ферментний комплекс мо-
же забезпечувати стабілізацію компонентів, що взаємодіють, і є прикладом стратегії
гіпертермофілів щодо сіркового дихання за температур, близьких до 100 ºС [62].
У Pyrococcus furiosus сірку відновлюють два різні ферменти – сульфгідрогеназа
та сульфіддегідрогеназа. Сульфгідрогеназа може відновлювати як сірку, так і полісуль-
фіди, а також окиснювати Н
 2
 [54]. Сульфіддегідрогеназа каталізує відновлення
полісульфіду до Н
 2
 S з НАДФН як донора електронів [56].
Відновлення інших сполук сірки. Деякі сульфат- та сірковідновлювальні бактерії
здатні відновлювати сульфіт та тіосульфат. Проте є також бактерії, що не здатні віднов-
лювати ні сульфатів, ні сірки, але здатні відновлювати інші сполуки сірки [62].
Є інформація про відновлення тетратіонату та тіосульфату бактеріями, що не
відновлюють сульфатів і сірки [13]. Відновлення цих сполук сірки особливо поширене
серед ентеробактерій. Часто здатність відновлювати тетратіонат і тіосульфат збігається,
що пояснюють наявністю спільної редуктази для обох сполук [13]. Тетратіонат спочат-
ку відновлюється до тіосульфату [62]. Здатність до відновлення тіосульфату та сульфіту
описана в деяких морських псевдомонад та мезофільних і термофільних сахаролітичних
клостридій [36, 79]. Тіосульфат здатні також відновлювати археї виду Archaeoglobus
veneficus [39]. Відновлення тіосульфату, сульфіту та тетратіонату не завжди відіграє
роль запасання енергії [62].
Вивільнення сірки з органічних сполук відбувається у процесі мінералізації. В
цьому разі сірка вивільняється в неорганічній відновленій формі у вигляді H
 2
 S. У виві-
льненні сірки з органічних сполук (продуктів метаболізму живих організмів, відмерлих
рослинних і тваринних решток) беруть участь мікроорганізми-амоніфікатори. Унаслі-
док амоніфікації сірковмісні білки і нуклеїнові кислоти розкладаються з утворенням
СО
 2
 , сечовини, органічних кислот, амінів, H
 2
 S і меркаптанів. Меркаптани в аеробних
умовах також окиснюються з виділенням H
 2
 S [1].
Окиснення сполук сірки
Сполуки сірки можуть бути окиснені двома фізіологічними групами мікрооргані-
змів – хемотрофними та фототрофними сіркобактеріями.
Хемотрофні сіркові бактерії, або безбарвні сіркові бактерії, здатні окиснювати
сірководень, сульфіди металів, полісульфіди, політіонати та тіосульфат [7]. Філогенети-
Page 9

БАКТЕРІЇ ЦИКЛУ СІРКИ ...
69
чно вони дуже різноманітні. Більшість відомих родів належить до лінії Proteobacteria
домену Bacteria (Thiobacillus, Thiomicrospira, Thiosphaera, Achromatium, Paracoccus,
Pseudomonas і ін.) та інших ліній домену Bacteria (Hydrogenobacter), два роди – Sul-
folobus та Acidianus – до родини Sulfolobaceae порядку Sulfolobales класу Thermoprotei
лінії Crenarchaeota домену Archaea [1, 7].
Ці бактерії головно мають великі розміри (до 200 мкм у діаметрі), їхні клітини
можуть містити видимі під мікроскопом включення сірки [7]. За формою клітин вони
бувають паличко-, коко-, спіралеподібними, нитчастими [67].
Більшість безбарвних сіркобак-
терій окиснює відновлені сполуки сір-
ки до сульфату; небагато видів здатні
до неповного їх окиснення. Проміжни-
ми продуктами окиснення є молекуля-
рна сірка, тіосульфат та тетратіонат [7].
За типом живлення безбарвні
сіркобактерії можуть бути облігатни-
ми та факультативними хемолітоавто-
трофами, хемолітогетеротрофами та
хемоорганогетеротрофами [67].
Облігатні хемолітоавтотрофи
– це високоспеціалізовані бактерії,
що потребують неорганічного дже-
рела енергії та отримують вуглець
завдяки засвоєнню вуглекислого
газу [67]. Фіксація СО
 2
 відбувається
у циклі Кальвіна [67], за винятком
архебактерій, які використовують
відновний цикл Кребса [48]. До
облігатних хемолітоавтотрофів нале-
жать багато видів Thiobacillus, що-
найменше по одному виду Sulfolobus
та Hydrogenobacter, та всі відомі
види Thiomicrospira [67].
Факультативні хемолітоавтот-
рофи можуть рости або хемолітоав-
тотрофно з використанням неоргані-
чного джерела енергії та вуглекисло-
го газу, або гетеротрофно з викорис-
танням органічних сполук як джерел
вуглецю та енергії, або міксотрофно
[67]. Типовими прикладами цих
бактерій є тіобацили, Thiosphaera
pantotropha, Paracoccus denitrificans
[30] та окремі види Beggiatoa [59].
Хемолітогетеротрофи – це
малодосліджена група бактерій, що
 Рис. 6. А. Умовна схема окиснення сполук сірки в аци-
дофільних сіркобактерій Thiobacillus ferrooxida-
rus і Thiobacillus acidophilus [8]: 1 – тритіонатгі-
дролаза; 2 – тіосульфатдегідрогеназа; 3 – тетра-
тіонатгідролаза; 5 – сульфатокиснювальний
фермент; 4, 6 і 7 –ферменти не визначені.
Б. Головні реакції окиснення сполук сірки у
нейтрофільних сіркобактерій, наприклад, Thio-
bacillus thioparus: 1 – сульфідооксидоредуктаза;
2 – тіосульфатрозщеплювальний фермент (родо-
наза); 3 – ферменти окиснення сірки (суль-
фурдиоксигеназа або сульфуроксидоредуктаза);
4 – сульфітоксидоредуктаза; 5 –аденозинфосфо-
сульфатредуктаза; 6 – АДФ-сульфурилаза.
Page 10

70
А. Галушка, Т. Перетятко, С. Гудзь
здатна продукувати енергію внаслідок окиснення відновлених сполук сірки і нездатні-
стю фіксувати вуглекислий газ [67]. До них належать декілька штамів Thiobacillus [34,
80] та Beggiatoa [51].
Хемоорганогетеротрофи можуть окиснювати відновлені сполуки сірки, не отри-
муючи енергії (деякі види Beggiatoa, Macromonas, Thiobacterium, Thiothrix) [67].
Біохімічний механізм окиснення відновлених сполук сірки ще не повністю з’ясо-
ваний. Вивчення шляхів окиснення сполук сірки ускладнює їхня висока реакційноздат-
ність, через яку відбувається спонтанне окиснення продуктів в аеробних умовах. Крім
того, немає чутливих аналітичних методів визначення цих сполук; у процесі приготу-
вання безклітинних екстрактів активність деяких ферментів метаболізму сірки, очевид-
но, втрачається. Ймовірно, існують різні шляхи окиснення сірки.
Джерелом енергії для росту безбарвних сіркових бактерій можуть бути неоргані-
чна сірка в різній формі і з різним ступенем окиснення (H
 2
 S (-2), S
 8
 (0)) та складніші
сірковмісні речовини, такі як полісульфонові кислоти (H-S
 n
 -H), моно- і дисульфонові
органічні кислоти (H-S
 n
 -R, R-S
 n
 -R), політіонати (
 -
 O
 3
 S-S
 n
 -SO
 3
-
 ) і полісульфіди (
 -
 S-S
 n
 -S
 -
 ).
Найвідоміші політіонати – це тіосульфат (
 -
 O
 3
 -SO
 3
-
 ) та тетратіонат (
 -
 O
 3
 S-S-S-SO
 3
-
 ). Водо-
розчинні сульфіди, такі як Na
 2
 S, у воді протонуються з утворенням HS
 -
 і H
 2
 S. Сульфід-
іон S
 2-
 утворюється лише при рН > 14. Як уже згадано, молекулярна сірка розчиняється
в розчинах, що містять гідросульфід-іон з утворенням полісульфідів.
Ацидо- й нейтрофільні сіркобактерії окиснюють сполуки сірки різними шляхами
(рис. 6). Відмінності стосуються головно перетворень політіонатів (тетратіонату та три-
тіонату) і тіосульфату. Принаймні у деяких ацидофільних видів проміжним продуктом
окиснення сполук сірки є тетратіонат, тоді як у деяких нейтрофілів це може бути тіосу-
льфат, який далі гідролізується до молекулярної сірки і сульфіту. Поки що точно неві-
домо, чи в цьому процесі справді утворюється сірка, чи продуктом гідролізу тіосульфа-
ту є сірка в комплексі з органічними сполуками або полісульфіди. У деяких тіосульфа-
токиснювальних бактерій цей процес виконує мембранозв’язаний ферментний ком-
плекс, у складі якого є щонайменше два ферменти (оксидредуктази) та цитохроми. Він
перетворює тіосульфат у сульфат, у цьому разі будь-яких проміжних продуктів у віль-
ному вигляді не виявлено. У більшості сіркобактерій електрони надходять у дихальний
ланцюг на рівні цитохрому с, тоді як у денітрифікувальних бактерій (Thiobacillus deni-
trificans і Thiomicrospira denitrificans) електрони, можливо, передаються від тіосульфату
на цитохром b.
Одним з природних субстратів для сіркобактерій є молекулярна сірка, що в при-
роді переважно трапляється в формі S
 8
 . Перший етап її метаболізму полягає, очевидно,
в утворенні розчинного чи зв’язаного з клітиною (органічного) полісульфіду. Наразі не
зрозуміло, чи сірку окиснює оксидоредуктаза, що передає електрони в дихальний лан-
цюг, чи оксигеназа (моно- або діоксигеназа), що каталізує включення кисню безпосе-
редньо в субстрат з утворенням сульфіту. У Thiobacillus сірка, можливо, спочатку відно-
влюється до сульфіду, який потім окиснюється до сульфіту [7].
Є два шляхи окиснення сульфіту (див. рис. 6): пряме окиснення, можливо, моліб-
деновмісною сульфіт:акцептороксидоредуктазою, і непряме АМФ-залежне окиснення
через аденозин-5'-фосфосульфат. У процесі непрямого окиснення сульфіту АФС утво-
рюється з сульфіту та АМФ АФС-редуктазою. На другому етапі відбувається перене-
сення АМФ з АФС або на пірофосфат АТФ-сульфурилазою з утворенням АТФ, або на
фосфат аденілілсульфат:фосфатаденілілтрансферазою з утворенням АДФ. Оскільки
Page 11

БАКТЕРІЇ ЦИКЛУ СІРКИ ...
71
АДФ може перетворювати до АТФ та АМФ аденілаткіназа, то обидва ферменти каталі-
зують субстратне фосфорилювання [42].
Фототрофні сіркові бактерії – це специфічна група мікроорганізмів, що вико-
нує аноксигенний фотосинтез, використовуючи різні відновлені сполуки сірки як доно-
ри електронів. Найчастіше продуктами окиснення відновлених сполук сірки є сульфат і
молекулярна сірка. Сірка може накопичуватися всередині клітин [1].
Фототрофні сіркобактерії належать до трьох ліній домену Bacteria – Chloroflexi,
Chlorobi та Proteobacteria [1, 60]. Їх поділяють на пурпурові та зелені. Вони відрізня-
ються між собою за складом пігментів фотосинтезу та будовою фотосинтетичного апа-
рату [7].
Морфологічно фототрофні сіркобактерії різноманітні. Серед них є сферичні,
паличкоподібні та звивисті форми, а також організми, клітини яких мають вирости
(простеки). Деякі фототрофні бактерії утворюють різноманітні, інколи цілком
характерні агрегати клітин у вигляді ланцюжків і пластинок, часто оточених слизом.
Розміри фототрофних бактерій становлять 1–2×50 мкм і більше. Найбільші форми трап-
ляються серед пурпурових бактерій. Розміри зелених сіркобактерій – 0,3–1,2×0,7–
2,7 мкм; усі вони нерухомі. Розмножуються бінарним поділом. У цьому разі клітини
інколи залишаються з’єднаними у ланцюжки різної форми і довжини. Особливо часто
утворення таких ланцюжків, оточених слизистим чохлом, фіксують у Clorobium limi-
cola. У Pelodictyon clathratiforme простежено формування сітчастих мікроколоній, що
складаються з окремих клітин. Ендоспор фототрофні сіркобактерії не утворюють. За
Грамом забарвлюються негативно [6].
У пурпурових сіркових бактерій фотосинтетичні пігменти нековалентно зв’язані
з інтегральними білками внутрішніх мембран. Пігментово-білкові комплекси утворю-
ють олігомерні структури, що забезпечують оптимальний шлях перенесення енергії на
реакційний центр.
У зелених сіркобактерій фотосинтетичні пігменти локалізовані у хлоросомах –
багатих на ліпіди везикулах видовженої форми, що локалізовані в цитоплазмі і зв’язані
з плазматичною мембраною через базальну пластинку, яка має кристалічну структуру.
Хлоросома відокремлена від цитоплазми одинарною мембраною, в складі якої є білки.
Всередині хлоросома заповнена пучками паличкоподібних структур, що містять бакте-
ріохлорофіли c, d і e. Базальна пластинка містить, очевидно, бактеріохлорофіл а.
У фототрофних бактерій є два типи реакційних центрів – РЦ І і РЦ ІІ. Вони відрі-
зняються між собою кінцевими акцепторами електронів. Реакційні центри типу ІІ наяв-
ні у пурпурових сіркобактерій та зелених бактерій роду Chloroflexus. Реакційні центри
типу І є у всіх інших зелених сіркобактерій.
Пурпурові та зелені сіркобактерії також відрізняються за способом утворення від-
новних еквівалентів. У пурпурових сіркобактерій під час фотосинтезу відбувається циклі-
чне транспортування електронів, унаслідок якого генерується трансмембранний електро-
хімічний протонний потенціал. Його енергія йде на зворотне транспортування електронів
від донора електронів (відновлених сполук сірки) до НАД
 +
 . У зелених сіркобактерій
відновні еквіваленти утворюються безпосередньо за участю фотосистеми [7].
Практичні аспекти циклу сірки
Кругообіг сірки є безперечно важливим процесом у природі, оскільки без нього
життя на Землі було б неможливим. Проте окремі його ланки чи мікроорганізми, що
беруть участь у них, можуть мати і негативне значення безпосередньо для людини.
Page 12

72
А. Галушка, Т. Перетятко, С. Гудзь
Використання сульфатвідновлювальних бактерій для очищення стічних вод
від сульфатів та важких металів. Сульфатвідновлювальні бактерії можуть досить
ефективно очищати воду від важких металів. Це відбувається за різними механізмами.
Сульфатвідновлювальні бактерії можуть використовувати як акцептори електронів де-
які метали (Cr (VI), U (VI), Tc (VI), Pd (II) та ін.), перетворюючи їх до менш токсичних
малорозчинних сполук [54, 77]. Інший механізм передбачає зв’язування важких металів
сірководнем, що його утворюють сульфатвідновлювальні бактерії, або відновлення цих
металів сірководнем (Сu (II), Cd (II), Ni (II), Pb (II), Zn (II)) [65].
Обмеженнями застосування сульфатвідновлювальних бактерій для очищення
стічних вод є токсичність для них іонів металів [43, 84] і температура навколишнього
середовища [11]. Тривають роботи з виділення стійких до важких металів та
психрофільних сульфатовідновлювальних бактерій [11]. Також зазначимо, що більшість
ефективних культур мікроорганізмів, використовуваних для ремедіації, є компонентами
автохтонної мікрофлори забрудненого середовища [26].
Токсичний сірководень у наступному етапі очищення стічних вод перетворюєть-
ся до молекулярної сірки [11].
Анаеробна корозія металів. Дослідження механізмів анаеробної корозії металів
за участю мікроорганізмів триває понад 70 років, тобто з моменту виявлення факту мік-
робної корозії газопроводу. С. А. Khur і L. S. Van der Vlugt [85] ще 1934 р. запропонува-
ли теорію катодної деполяризації, згідно з якою сульфатвідновлювальні бактерії можуть
переміщати атомарний водень за допомогою гідрогенази з катодної зони металу на су-
льфати, що містяться у довкіллі, та відновлювати їх до сульфідів. Деполяризація заліза,
на думку авторів, збільшує його розчинність.
Згодом з’явилися різні експериментальні дані: одні підтверджували теорію катод-
ної деполяризації металу бактеріями, інші потребували її нової інтерпретації. Зокрема,
запропоновано альтернативний механізм стимуляції анодної реакції сірководнем у ко-
розійному процесі [15, 84].
Нині є декілька визнаних механізмів мікробної анаеробної корозії:
катодна деполяризація під впливом бактерій [15];
катодна деполяризація біогенними сульфідами [46];
анодна стимуляція сірководнем, що його утворюють сульфатвідновлювальні бак-
терії [84].
Згідно з сучасними уявленнями, процес мікробної корозії відбувається у місці
контакту бактерій та металу, тобто у біоплівці [1].
Вплив сірководню на живі організми. Сірководень – це токсична речовина. У
тварин він може спричинювати порушення у багатьох системах та загибель [42], у лю-
дей – різноманітні респіраторні, очні, неврологічні, серцево-судинні, метаболічні та
репродуктивні ефекти [42], а за концентрації 700 мг/м
 3
 можливий летальний ефект [15].
Наслідки неврологічного враження високими концентраціями сірководню можуть вияв-
лятися навіть через п’ять–десять років [81, 82]. Доведено, що сірководень виявляє гено-
токсичну та канцерогенну дію [13, 40]. Також сірководень пригнічує люмінесценцію у
бактерійної тест-системи Vibrio fischeri [51].
Отже, кругообіг сірки – це складний комплексний процес, у якому бере участь
багато різноманітних організмів. Ключову роль у ньому відіграють мікроорганізми.
Цикл сірки складається з багатьох ланок, які, відповідно, можуть охоплювати кілька
різних процесів. Усі ланки циклу сірки абсолютно необхідні для кругообігу сірки зага-
Page 13

БАКТЕРІЇ ЦИКЛУ СІРКИ ...
73
лом і для існування життя на Землі. Незбалансованість процесів кругообігу сірки може
мати важкі негативні наслідки для природи та людини.
____________________
1.
Андреюк К. І., Козлова І. П., Коптєва Ж. П. Мікробна корозія підземних споруд.
К.: Наук. думка, 2005. 260 с.
2.
Грабович М. Ю. Участие прокариот в круговороте серы // Сорос. обозрев. журн.
1999. № 12. С. 16–20.
3.
Горленко В. М., Дубинина Г. А., Кузнецов С. И. Экология водных микроорганизмов.
М.: Наука, 1977. 288 с.
4.
Готтшалк Г. Метаболизм бактерий. М.: Мир, 1982. С. 235–238.
5.
Кузнецов С. И. Микрофлора озер и ее биохимическая деятельность. М.: Мир, 1972.
362 с.
6.
Определитель бактерий Берджи / Под ред. Дж. Хоулта, Р. Крига, П. Снита,
Дж. Стейли и С. Уильямса. М.: Мир, 1997. 432 с.
7.
Розанова Е. П., Назина Т. Н. Сульфатвосстанавливающие бактерии (систематика и
метаболизм) // Микробиология. Т. 51. С. 191–226.
8.
Современная микробиология. Прокариоты: В 2 т. Т. 1 / Пер. с англ. Под ред.
Й. Ленгелера, Г. Древса, Г. Шлегеля. М.: Мир, 2005. 656 с.
9.
Сорокин Ю. И. Источник енергии и углерода для биосинтеза у сульфатредуцирую-
щих бактерій // Микробиология. 1966. Т. 35. С. 762–766.
10. Сорокин Ю. И. Исследование конструктивного обмена сульфатредуцирующих бак-
терий с помощью С
 14
 // Микробиология. 1966. Т. 35. С. 967–977.
11. Франк Ю. А., Лушников С. В. Биотехнологический потенциал сульфатредуцирую-
щих бактерий // Экология и промышленность. 2006. № 1. С. 10–13.
12. Akagi J. M., Campbell L. L. Studies on thermophilic sulfate-reducing bacteria. III.
Adenosine triphosphate-sulfurylase of Clostridium nigrificans and Desulfovibrio desulfu-
ricans // J. Bacteriol. 1962. Vol. 84. P. 1194–1201.
13. Attene-Ramos M. S., Wagner E. D., Plewa M. J., Gaskins H. R. Evidence that hydrogen
sulfide is a genotoxic agent // Mol. Cancer Res. 2006. Vol. 4. N 1. P. 9–14.
14. Barrett E. L., Clark M. A. Tetrathionate reduction and production of hydrogen sulfide
from thiosulfate // Microbiol. Rev. 1987. Vol. 51. P. 192–205.
15. Beauchamp R. O. Jr., Bus J. S., Popp J. A. et al. A critical review of the literature on
hydrogen sulfide toxicity // Critical Reviews in Toxicology. 1984. Vol. 13. P. 25–97.
16. Booth G. H. Microbiological corrosion. London: Mills and Boon Limited, 1971. 63 p.
17. Boulegue J. Solubility of elemental sulfur in water at 298 K // Phosphorus and Sulfur.
1978. Vol. 5. P. 127–128.
18. Brune D. C. Sulfur oxidation by phototrophic bacteria // Biochim. Biophys. Acta. 1989.
Vol. 975. P. 189–221.
19. Carrity G. M., Winters M., Searles D. B. Taxonomic outline of the procaryotic genera.
Bergey’s manual of systematic bacteriology, second edition. New York-Berlin-
Heidelberg: Springer-Verlag, 2001. 39 p.
20. Cole J. A. Assimilatory and dissimilatory reduction of nitrate to ammonia // Cole J. A.,
Ferguson S. J. The Nitrogen and Sulphur Cycles, vol. 42. Cambridge: Cambridge Uni-
versity Press, 1988. P. 281–329.
21. Crane B. R., Getzoff E. D. The relationship between structure and function for the sulfite
reductases // Current Opinion in Structural Biology. 1996. Vol. 6. P. 744–756.
Page 14

74
А. Галушка, Т. Перетятко, С. Гудзь
22. Cypionka H. Uptake of sulfate, sulfite and thiosulfate by proton-anion symport in Desul-
fovibrio desulfuricans // Arch. Microbiol. 1987. Vol. 148. P. 144–149.
23. Cypionka H. Solute transport and cell energetics // Barton L. L. Sulfate-reducing bacte-
ria, Vol. 8. New York: Plenum Press, 1995. P. 152–184.
24. Dirmeier R., Keller M., Frey G. et al. Purification and properties of an extremely thermo-
stable membrane-bound sulfur-reducing complex from the hyperthermophilic Pyrodic-
tium abyssi // Eur. J. Biochem. 1998. Vol. 252. P. 486–491.
25. Drake H. L., Akagi J. M. Characterization of a novel thiosulfate-forming enzyme isolated
from Desulfovibrio vulgaris // J. Bacteriol. 1977. Vol. 132. P. 132–138.
26. Eccles H. Biotreatment of metals: site dependent // OESD Documents "Wider applica-
tion and diffusion of bioremediation technologies". Amsterdam, 1995. P. 296–302.
27. Fauque G., LeGall J., Barton L. L. Sulfate-reducing and sulfur-reducing bacteria //
Shively J. M., Barton L. L. Variations in Autotrophic Life. London: Academic Press,
1991. P. 271–337.
28. Fischer U. Sulfur in biotechnology // Rehm H.-J. Biotechnology-Special Microbial Proc-
esses, vol. 6. Weinheim: VCH Verlagsgesellschaft, 1988. P. 463–496.
29. Fitz R. M., Cypionka H. Formation of thiosulfate and trithionate during sulfite reduction
by washed cells of Desulfovibrio desulfuricans // Arch. Microbiol. 1990. Vol. 154.
P. 400–406.
30. Friedrich C. G., Mitrenga G. Oxidation of thiosulphate by Paracoccus denitrificans and
other hydrogen bacteria // FEMS Microbiol. Lett. 1981. Vol. 10. P. 209–212.
31. Fritz G., Buchert T., Huber H. et al. Adenylylsulfate reductases from archaea and bacte-
ria are 1:1 αβ-heterodimeric iron-sulfur flavoenzymes - high similarity of molecular
properties emphasizes their central role in sulfur metabolism // FEBS Letters. 2000.
Vol. 473. P. 63–66.
32. Fritz G., Buchert T., Kroneck P. M. H. The Function of the [4Fe-4S] clusters and FAD in
bacterial and archaeal adenylylsulfate reductases // J. Biol. Chem. 2002. Vol. 277.
P. 26066–26073.
33. Gavel O. Y., Bursakov S. A., Calvete J. J. et al. ATP sulfurylases from sulfate-reducing
bacteria of the genus Desulfovibrio. A novel metalloprotein containing cobalt and zinc //
Biochemistry. 1998. Vol. 37. P. 16225–16232.
34. Gommers P. J. F., Kuenen J. G. Thiobacillus strain Q, a chemolithoheterotrophic sulphur
bacterium // Arch. Microbiol. 1988. Vol. 150. P. 117–125.
35. Gottschalk G. Bacterial metabolism, 2nd ed. New York-Berlin-Heidelberg-Tokyo:
Springer, 1986. 359 p.
36. Harrison G., Curle C., Laishley E. J. Purification and characterization of an inducible
dissimilatory type sulfite reductase from Clostridium pasteurianum // Arch. Microbiol.
1984. Vol. 138. P. 72–78.
37. Hatchikian E. C. Desulfofuscidin: Dissimilatory, high-spin sulfite reductase of thermo-
philic, sulfate-reducing bacteria // Peck Jr.H.D., LeGall J. Inorganic Microbial Sulfur
Metabolism. Vol. 243. San Diego: Academic Press, 1994. P. 276–295.
38. Hedderich R., Klimmek O., Kroger A. et al. Anaerobic respiration with elemental sulfur
and with disulfides // FEMS Microbiol. Rev. 1999. Vol. 22. P. 353–381.
39. Huber H., Jannasch H., Rachel R. et al. Archaeoglobus veneficus sp. nov., a novel facul-
tative chemolithoautotrophic hyperthermophilic sulfite reducer, isolated from abyssal
black smokers // Syst. Appl. Microbiol. 1997. Vol. 20. P. 374–380.
Page 15

БАКТЕРІЇ ЦИКЛУ СІРКИ ...
75
40. Huycke M. M., Gaskins H. R. Commensal bacteria, redox stress, and colorectal cancer:
mechanisms and models // Experimental Biology and Medicine. 2004. Vol. 229. P. 586–597.
41. Huynh B. H., Kang L., DerVartanian D. V. et al. Characterization of a sulfite reductase
from Desulfovibrio vulgaris. // J. Biol. Chem. 1984. Vol. 259. P. 15373–15376.
42. Hydrogen sulfide: human health aspects // World health organization: Cicads 53. Ge-
neva, 2003.
43. Johnson B. Biological removal of sulfurous compounds from inorganic wastewaters //
Environmental technologies to treat sulfur pollution: principles and engineering / P.N.L.
Lens, P.L. Hulshoff (ed.). London: IWA Publishing, 2000. P. 175–205.
44. Kappler U., Dahl C. Enzymology and molecular biology of procaryotic sulfite oxida-
tion // FEMS Microbiol. Lett. 2001. Vol. 203. P. 1.
45. Kelly D. P. Oxidation of sulphur compounds // Cole J. A., Ferguson S. J. The Nitrogen
and Sulphur Cycles. Vol. 42. Cambridge: Cambridge University Press, 1988. P. 65–98.
46. King R. A., Miller J. D. A. Corrosion by the sulphate-reducing bacteria // Nature. 1971.
Vol. 233. P. 491–492.
47. Kobayashi K., Takahashi E., Ishimoto M. Biochemical studies on sulfate-reducing bacte-
ria. XI. Purification and some properties of sulfite reductase, desulfoviridin // J. Bio-
chem. 1972. Vol. 72. P. 879–887.
48. König H., Stetter K. O. Archaebacteria // Staley J. (ed.) Bergey's manual of systematic
bacteriology, vol. 3. Baltimore: Williams and Wilkins, 1989. P. 2171–2173.
49. Krafft T., Bokranz M., Klimmek O. et al. Cloning and nucleotide sequence of the psrA
gene of Wolinella succinogenes polysulfide reductase // Eur. J. Biochem. 1992. Vol. 206.
P. 503–510.
50. Kreke B., Cypionka H. Protonmotive force in freshwater sulfate-reducing bacteria, and
its role in sulfate accumulation in Desulfobulbus propionicus // Arch. Microbiol. 1992.
Vol. 158. P. 183–187.
51. Kuster E., Dorusch F., Altenburger R. Effects of hydrogen sulfide to Vibrio fischeri,
Scenedesmus vacuolatus, and Daphnia Magna // Environ. Toxicol. Chem. 2005. Vol. 24.
N 10. P. 2621–2629.
52. Larkin J. M., Strohl W. R. Beggiatoa, Thiothrix, and Thioploca // Ann. Rev. Microbiol.
1983. Vol. 37. P. 341–367.
53. Lee J. P., LeGall J., Peck Jr. H. D. Isolation of assimilatory- and dissimilatory-type sul-
fite reductase from Desulfovibrio vulgaris // J. Bacteriol. 1973. Vol. 115. P. 529–542.
54. Lovely D.R. Bioremediation of organic and metal contaminants with dissimilatory metal
reduction // J. Ind. Microbiol. 1995. Vol. 14. P. 85–93.
55. Ma K., Schicho R. N., Kelly R. M., Adams M. W. W. Hydrogenase of the hyperthermo-
phile Pyrococcus furiosus is an elemental sulfur reductase or sulfhydrogenase: Evidence
for a sulfur-reducing hydrogenase ancestor // Pro. Natl. Acad. Sci. USA. 1993. Vol. 90.
P. 5341–5344.
56. Ma K., Adams M. W. W. Sulfide dehydrogenase from the hyperthermophilic archaeon
Pyrococcus furiosus: a new multifunctional enzyme involved in the reduction of elemen-
tal sulfur // J. Bacteriol. 1994. Vol. 176. P. 6509–6517.
57. Moura I., Lino A. R. Low-spin sulfite reductases // Peck Jr.H.D., LeGall J. Inorganic mi-
crobial sulfur metabolism, vol. 243. San Diego: Academic Press, 1994. P. 296–303.
58. Murphy M. J., Siegel L. M., Kamin H. Reduced nicotinamide adenine dinucleotide pho-
phate-sulfite reductase of enterobacteria // J. Biol. Chem. 1973. Vol. 248. P. 2801–2814.
Page 16

76
А. Галушка, Т. Перетятко, С. Гудзь
59. Nelson D. C., Jannasch H. W. Chemoautotrophic growth of a marine Beggiatoa in sul-
fide-gradient cultures // Arch. Microbiol. 1983. Vol. 136. P. 262–269.
60. Overmann J., Garcia-Pichel F. The Phototrophic Way of Life // Dworkin M. et al. The
Prokaryotes: An Evolving Electronic Resource for the Microbiological Community, 3rd
ed. New York: Springer-Verlag, 2000.
61. Peck H. D. The role of adenosine-5-phosphosulphate in the reduction of sulphate to sul-
phide by Desulfovibrio desulfuricans // J. Biol. Chem. 1962. Vol. 237. N 1. P. 198–203.
62. Peck Jr. H. D., Lissolo T. Assimilatory and dissimilatory sulphate reduction: enzymology
and bioenergetics // Cole J.A., Ferguson S.J. The Nitrogen and Sulphur Cycles. Vol. 42.
Cambridge: Cambridge University Press, 1988. P. 99–132.
63. Pierik A. J., Duyvis M. G., Helvoort J. M. et al. The third subunit of desulfoviridin-type
dissimilatory sulfite reductases // Eur. J. Biochem. 1992. Vol. 205. P. 111–115.
64. Postgate J. Sulphate reduction by bacteria // Ann. Rev. Microbiol. 1959. Vol. 13. P. 505–520.
65. Poulson S. R., Colberg P. J. S., Drever J. I. Toxicity of heavy metals (Ni, Zn) to Desul-
fovibrio desulfuricans // Geomicrobiol. 1997. Vol. 14. P. 41–49.
66. Rabus R., Hansen T., Widdel F. Dissimilatory Sulfate- and Sulfur-Reducing Prokaryo-
tes // Dworkin M. et al. The Prokaryotes: An Evolving Electronic Resource for the
Microbiological Community, 3rd edition. New York: Springer-Verlag, 2000.
67. Robertson L. A., Kuenen J. G. The colorless sulfur bacteria // Dworkin M. et al. The Pro-
karyotes: An Evolving Electronic Resource for the Microbiological Community, 3rd ed.
New York: Springer-Verlag, 2000.
68. Ringel M., Gross R., Krafft T. et al. Growth of Wolinella succinogenes with elemental
sulfur in the absence of polysulfide // Arch. Microbiol. 1996. Vol. 165. P. 62–64.
69. Stahlmann J., Warthmann R., Cypionka H. Na
 +
 -dependent accumulation of sulfate and thi-
osulfate in marine sulfate-reducing bacteria // Arch. Microbiol. 1991. Vol. 155. P. 554–558.
70. Stetter K. O. The genus Archaeoglobus // Balows A., Trüper H. G., Dworkin M. et al.
The Prokaryotes, 2nd ed. Vol. 1. New York: Springer-Verlag, 1992. P. 707–711.
71. Stetter K. O., Huber R., Blöchl E. et al. Hyperthermophilic archaea are thriving in deep
north sea and alaskan oil reservoirs // Nature. 1993. Vol. 365. P. 743–745.
72. Steuber J., Arendsen A. F., Hagen W. R., Kroneck M. H. Molecular properties of the dis-
similatory sulfite reductase from Desulfovibrio desulfuricans (Essex) and comparison
with the enzyme from Desulfovibrio vulgaris (Hildenborough) // Eur. J. Biochem. 1995.
Vol. 233. P. 873–879.
73. Steudel R., Holdt G., Nagorka R. On the autoxidation of aqueous sodium polysulfide //
Zeitschrift fur Naturforschung. 1986. Vol. 41. P. 1519–1522.
74. Steudel R., Gobel T., Holdt G. The molecular nature of the hydrophilic sulfur prepared
from aqueous sulfide and sulfite (selmi sulfur sol) // Zeitschrift fur Naturforschung.
1989. Vol. 44. P. 526–530.
75. Tan J., Cowan J. A. Enzymatic redox chemistry: A proposed reaction pathway for the six
-electron. Reduction of SO
 3
2
 - to S
 2-
 by the assimilatory-type sulfite reductase from
Desulfovibrio vulgaris (Hildenborough) // ACS. 1991. Vol. 30. P. 8910–8917.
76. Tan J., Soriano A., Lui S. M., Cowan J. A. Functional expression and characterization of
the assimilatory-type sulfite reductase from Desulfovibrio vulgaris (Hildenborough) //
Arch. Biochem. Biophys. 1994. Vol. 312. P. 516–523.
77. Tebo B. M., Obraztsova A. Y. Sulfate-reducing bacterium grows with Cr (VI), U (IV), Mn
(IV) and Fe (III) as electron acceptors // FEMS Microbiol. Lett. 1998. Vol. 162. P. 193–198.
Page 17

БАКТЕРІЇ ЦИКЛУ СІРКИ ...
77
78. Trüper H. G. Physiology and biochemistry of phototrophic bacteria // Schlegel H. G.,
Bowien B. Autotrophic bacteria. Berlin: Springer-Verlag, 1989. P. 267–281.
79. Tuttle J. H., Jannasch H. W. Dissimilatory reduction of inorganic sulfur by facultatively
anaerobic marine bacteria // J. Bacteriol. 1973. Vol. 115. P. 732–737.
80. Tuttle J. H., Holmes P. E, Jannasch H. W. Growth rate stimulation of marine pseudomo-
nads by thiosulfate // Archiv fur Mikrobiologie. 1974. Vol. 99. P. 1–14.
81. Tvedt B., Edland A., Skyberg K., Forberg O. Delayed neuropsychiatric sequelae after
acute hydrogen sulfide poisoning: affection of motor function, memory, vision and hear-
ing // Acta Neurologica Scandinavica. 1991. Vol. 84. P. 348–351.
82. Tvedt B., Skyberg K., Aaserud O. et al. Brain damage caused by hydrogen sulfide: a follow-
up study of six patients // American J. of Industrial Medicine. 1991. Vol. 20. P. 91–101.
83. Vainshtein M. B., Matrosov A. G., Baskunov V. P. et al. Thiosulfate as an intermediate
product at bacterial sulfate reduction // Microbiologiya. 1980. Vol. 49. P. 855–858.
84. Valls M, de Lorenzo V. Exploiting the genetic and biochemical capacities of bacteria for the
remediation of heavy metal pollution // FEMS Microbiol. Rev. 2002. Vol. 26. P. 327–338.
85. Volzogen Kuhr C. A. H., Van der Vlugt L. S. Grafication of cast-iron as an electrobiologi-
cal process in anaerobic soils // Water. 1934. Vol. 18. P. 147–165.
86. Wanklin J. N., Spruit C. J. R. Influence of sulfate-reducing bacteria on the corrosion po-
tential of iron // Nature. 1952. Vol. 169. P. 928–929.
87. Warthmann R., Cypionka H. Sulfate transport in Desulfobulbus propionicus and Desulfo-
coccus multivorans // Arch. Microbiol. 1990. Vol. 154. P. 144–149.
88. Wilson L. G., Bandurski R. S. Enzymatic reactions involving sulfate, sulfite, selenate, and
molybdate // J. Biol. Chem. 1958. Vol. 233. P. 975–981.
BACTERIA OF SULPHUR CYCLE AND THEIR ROLE IN THE NATURE
A. Halushka, T. Peretjatko, S. Gudz
Ivan Franko National University of Lviv
Grushevski street, 4, Lviv, 79005, Ukraine
e-mail: a_halushka@mail.ru
The processes of natural sulphur cycle are described. The main attention
is paid on the biological aspects of this process. A short characterization of mi-
croorganisms that take part in the sulphur cycle is given. The biochemical
mechanisms of sulphur compounds transformation is described in details. The
processes of sulphur compounds oxidation by colourless and phototrophic sul-
phur bacteria and reduction of sulfates, sulphur and it's other compounds are
characterized. The practical aspects of sulphur cycle are described, in particular,
the possibility of sulphate-reducing bacteria usage in biotechnological processes
of wastewater cleaning from heavy metals and sulfates, anaerobic metals corro-
sion and the influence of hydrogen sulphide on microorganisms.
Key words: sulphur cycle, sulphur bacteria, sulphate-reducing bacteria, sulphur,
sulfates, hydrogen sulfide.
Стаття надійшла до редколегії 01.11.06
Прийнята до друку 07.11.06

Информация о работе Бактерії циклу сірки та їхня роль у природі