nitrifikation - ammoniakoxidation
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Nitrifkation - AmmoniakoxidationNitrifkation - Ammoniakoxidation
Praktikum Biochemie , Water Science (B.Sc.), WS 11/12
Andreas Mohren Min Nauendorf
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ÜbersichtÜbersicht Stickstoffkreislauf, Redoxzyklus von Stickstoff
Nitrifkation – Ammoniakoxidation Nitrifkationsreaktion
Ammoniakoxidation
- Nitrifzierende Bakterien
- Bioenergetik
- Enzymologie
Anammox
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Stickstoffkreislauf
Schematische Darstellung des Stickstoffkreislaufes im Boden (Quelle: Bayerisches Staatsministerium fürUmwelt, Gesundheit und Verbraucherschutz).
Stickstoffkreislauf, Redoxzyklus von StickstoffStickstoffkreislauf, Redoxzyklus von Stickstoff
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Redoxzyklus von Stickstoff
Die Drei Hauptprozesse der mikrobiellen Stickstofftransformation
- Denitrifkation Reduktion- Stickstofffxierung Reduktion- Nitrifkation Oxidation
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NitrifkationNitrifkation
Synthese von Nitrat:
aerober Prozess
NH4+ NO3
-
Zwei Teilschritte
1. NH4+ NO2
- Ammoniakoxidation
2. NO2- NO3
- Nitritoxidation
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Nitrifzierende Bakterien
Hauptgattungen
NitrosomonasNitrobacter
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Chemolithotroph
Energie durch Oxidation von anorganischen Verbindungen
Hier: NH3 bzw. NH4+
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Kein Einzel-Chemolithotroph bekannt der die komplette Oxidation von NH3 zu NO3
-
durchführt
Aufteilung des Prozesses
Nitrosifzierer (Ammoniakoxidierende Bakterien)Nitrifzierer (Nitratproduzierende Bakterien)
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Nitrosifzierer
Beispiel: Nitrosomonas
- Gram-negativ- Kurze bis lange Stäbchen- Beweglich (polare Flagelle) oder unbeweglich
Vorkommen: Boden, Abwasser, Süßwasser, Marine Habitate
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Weitere:
NitrosococcusNitrosospiraNitrosolobus
Vorkommen: Boden, Süßwasser, Marine
Habitate
Sehr weit in der Umwelt verbreitet!
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Ammoniakoxidation durch Nitrosifzierer
Gesamtreaktion:
NH3 + 1 ½ O2 NO2- + H2O
Reaktion nochmals unterteilt in zwei Teilschritte!
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1. NH3 + O2 + 2e- + 2H+ NH2OH + H2O
Enzymkatalysiert !
2. NH2OH + H2O + ½ O2 NO2- + 2H2O + H+
Enzymkatalysiert !
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Bioenergetik
Reduktionspotential E0‘ von NO2-/NH3
beträgt +0.34 V
Limitierung der Energiefreisetzung und der ATP Produktion!
ΔG0‘ = -288 kJ/Reaktion
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Aufbau eines Nitrosifzierers am Beispiel Nitrosomonas
Zellwand
Membranschichten
Cytoplasma
Zellorganellen
etc.
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Prozess der Ammoniakoxidation
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Prozess der Ammoniakoxidation
1. Schritt:
Oxidation des Ammoniak zu Hydroxlamin über Ammoniakmono-oxygenase
→ Diffusion durch Zellmembran ins Periplasma
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Prozess der Ammoniakoxidation
2. Schritt:
Oxidation des Hydroxylamin zu Nitrit über Hydroxylamin-oxidoreduktase
→ Gewinn von 4 Elektronen
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Prozess der Ammoniakoxidation
3. Schritt:
Elektronen werden im Cytochrom c aufgeteilt
– 2 zur AMO
– 2 zur O2
Reduktion
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Prozess der Ammoniakoxidation
4. Schritt:
Energiegewinn durch ATP-Synthase, angetrieben vom „proton-motive force“
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Anammox
- Anaerobe Ammoniak Oxidation
- Alternative zur aeroben Oxidation
- Brocadia anammoxidans
NH4+ + NO
2- → N
2 + 2 H
2O
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Quellen:Brock Mikrobiologie
Praktikumsskript Biochemiesches Praktikum WS 11/12
http://grasslakeideas.blogspot.com/2006_12_01_archive.html
Vorlesungsskript Mikrobiologie I WS10/11, N-Cycle, Prof. Dr. Flemming