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© Heribert Cypionka SS 2003, www.icbm.de/pmbio Grundlagen der Physiologie www.icbm.de/pmbio Lithotrophie - Verwertung anorganischer Elektronendonatoren.

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1 © Heribert Cypionka SS 2003, www.icbm.de/pmbio Grundlagen der Physiologie www.icbm.de/pmbio Lithotrophie - Verwertung anorganischer Elektronendonatoren

2 © Heribert Cypionka SS 2003, www.icbm.de/pmbio Dogma der biologischen Unfehlbarkeit Was auf biologische Weise gebildet wurde, lässt sich auch biologisch wieder abbauen Gilt ohne Ausnahme, aber nicht ohne Vorbedingungen und biologische (!) Umwege

3 © Heribert Cypionka SS 2003, www.icbm.de/pmbio Lithotrophe Prozesse Elektronen- Oxidiertes Prozess donator Endprodukt (Beispiel) H 2 H + Wasserstoffoxidation (z.B. Knallgasbakterien) CH 4 *) CO 2 Methanoxidation (Oxygenase!) O 2 ! (Methylo- spez. Methanotrophe Bakterien) H 2 S SO 4 2- Sulfurikation (Thiobacillus oder phototrophe Schwefelbakterien) Fe 2+ Fe 3+ Eisenoxidation (Gallionella) N 2 NO 3 - unbekannt (nur über Umwege) NH 4 + NO 3 - Nitrifikation durch zwei Bakterien NH 4 + NO 2 - Nitrosomonas (Oxygenase!) O 2 ! NO 2 - NO 3 - Nitrobacter H 2 O O 2 Oxygene Photosynthese (Cyanobakterien, Chloroplasten) *) Mehrere Pfeile deuten auf mehrstufige Prozesse.

4 © Heribert Cypionka SS 2003, www.icbm.de/pmbio Prinzipien o Lithotrophie nur bei Prokaryonten o Je günstiger der Akzeptor einer Atmung ist, desto ungünstiger ist der daraus gebildete Elektronendonator für lithotrophe Prozesse - und umgekehrt! o Anorganische Elektronendonatoren können mit Hilfe verschiedener Akzeptoren oxidiert werden, solange deren Redoxpotential geeignet ist. o Ausnahmen bei schwer angreifbaren Molekülen (Alkane, Aromaten, NH 3 ): Sauerstoff nicht als terminaler Elektronenakzeptor, sondern als direkter Reaktant in Oxygenase-Reaktionen.

5 © Heribert Cypionka SS 2003, www.icbm.de/pmbio Heterotropher (A) und lithoautotropher Aerobier (B)

6 © Heribert Cypionka SS 2003, www.icbm.de/pmbio Prozesse und Kreisläufe in einem Sediment

7 © Heribert Cypionka SS 2003, www.icbm.de/pmbio Organotropher (C) und lithotropher (D) anoxygen photropher Organismus

8 © Heribert Cypionka SS 2003, www.icbm.de/pmbio Lichtgetriebene Protonenpumpe bei Halobacterium (einem Archaeon)

9 © Heribert Cypionka SS 2003, www.icbm.de/pmbio

10 Photosyntheseapparat eines anoxygen phototrophen Bakteriums und cyclischer Elektronentransport. (1) Membran, (2) Antennenpigmente (light harvesting complex) (3) Reaktionszentrum, (4) Chinoncyclus, (5) Cytochrom bc 1 -Komplex, (6) Bacteriochlorophyll a (special pair, P870), (7) Bacteriophaeophytin, (8) Chinon A und B (nahe FeS-Zentrum), (9) Cytochrom b, (10) FeS-Protein, (11) Cytochrom c 1, (12) Cytochrom c 2

11 © Heribert Cypionka SS 2003, www.icbm.de/pmbio Oxygen photropher Organismus (Legende auch für die vorherigen Bilder)

12 © Heribert Cypionka SS 2003, www.icbm.de/pmbio Biologische Reaktionen von molekularem Sauerstoff Photosynthetische Wasserspaltung Lichtenergie 2 H 2 O O 2 + 4 [H] Oxidase-Reaktionen (O 2 reduziert zu Wasser oder Wasserstoffperoxid) Cytochrom-Oxidase O 2 + 4 [H] 2 H 2 O Oxygenase-Reaktionen (O 2 eingebaut in schwer angreifbares Molekül, z.B. CH 4, NH 3, Alkane, Aromaten) Mono-Oxygenase (1 O zu Wasser reduziert, 1 O in Substrat-Molekül) Di-Oxygenase (beide O in Substrat-Molekül) Toxische O 2 -Spezies Superoxid-Radikal (O 2 - ), Wasserstoff-Peroxid (H 2 O 2 ), Hydroxyl-Radikal (HO ), gebildet durch Reaktion von O 2 mit reduzierenden Verbindungen (unvollständige O 2 -Reduktion) Entgiftung durch Superoxid-Dismutase, Katalase bzw. chem. Reaktionen [ Ozon (O 3 ) nicht biologisch produziert, sondern aus Stickoxiden und O 2 unter UV-Einwirkung gebildet]

13 © Heribert Cypionka SS 2003, www.icbm.de/pmbio


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