Lithotrophe Organismen

Lithotrophe Organismen

Vorlesung “Allgemeine Mikrobiologie”

Ausgewählte Prokaryoten

Martin Könneke

autotroph Litho-

Photo-

heterotroph Organo-

Chemo-

Kohlenstoffquelle Elektronendonor

Energieform

Konzept der Lithotrophie (1886)

Umsetzung von anorganischen Substanzen zur

Energiegewinnung:

- Nitrifikation (Oxidation von Ammonium zu Nitrat)

- Schwefeloxidation - Eisenoxidation

- Autotrophe Bakterien

- Stickstofffixierung in Bakterien

Ihre Lebensprozesse spielen sich nach einem viel einfacheren Schema ab;

durch einen rein anorganischen chemischen Prozess...werden alle ihre Lebensbewegungen im Gange erhalten

Lithotrophe Prozesse sind essentiel für die

Reoxidation von reduzierten Elektronenakzeptoren!

Wasserstoffoxidation:

Wasserstoff als Elektronen-Donor A) Energiequelle

B) Reduktionskraft für CO

-Fixierung

Schlüsselenzym:

Hydrogenase

Katalysiert die reversible Umwandlung

von Wasserstoff zu Protonen und Elektronen H

2H

+ 2e

Aerobe Wasserstoffoxidation

“Knallgasbakterien”

2 H

+ O

! 2 H

O

Fakultativ chemolithotroph

(können auch organischem Substrat als Energiequelle nutzen)

Microaerophil (5-10% O

)

Lebensräume von Knallgasbakterien

Wasserstoffquelle kann biotischen oder abiotischen Ursprungs sein.

Lebensräume:

Grenzschichten zwischen sauerstoffhaltigen (oxisch) anoxischen Bereichen

- Rhizosphäre: Ralstonia eutropha

- Marine Sedimente: Hydrogenovibrio marinus -menschlicher Verdauungstrakt

Helicobacter pylori

-Heisse Hydrothermalquellen

Aquifex pyrophilus (Bacteria, 85˚C) Pyrolobus spec. (Archaea, 106˚C)

Helicobacter pylori

Infektion kann zu Magengeschwüren und chronische Gastritis führen.

Isoliert von Robin Warren und Barry Marschall (Nobel Preis für Medizin 2005)

Anaerobe Wasserstoffoxidation

5 H₂ + 2 NO₃^- + 2 H⁺ ! N₂ + 6 H₂O H₂ + 2 Fe³⁺ ! 2 H⁺ + 2 Fe²⁺

4 H₂ + SO₄^2- + H⁺ ! HS^- + 4 H₂O

4 H₂ + 2 CO₂ ! Acetat + 2 H₂O + H⁺ 4 H₂ + CO₂ ! CH₄ + H₂O

Nitrifikation

Oxidation von Ammonium zu Nitrat Beteiligung von 2 unterschiedlichen Mikroorganismengruppen

1. Ammonium-Oxidierer (Nitroso-) z.B. Nitrosomonas europaea

2 NH

+ 3 O

! 2 NO

+ 2 H

O + 2 H

2. Nitrit-Oxidierer (Nitro-)

z.B. Nitrobacter winogradskyi

2 NO

+ O

! 2 NO

Lebensraum von nitrifizierenden Mikroorganismen

- Offenes Meeer und oxische, marine Sedimente - Süsswasserhabitate

- Klärwerke - Aquarien

- Wald- und Ackerböden

- Oberfläche von Felsen und Steingebäuden/Denkmäler

Ammonium-Oxidierer

z.B. Nitrosomonas europaea

Aktivierung des Ammoniums

“Freier Sauerstoff als Reaktant”

1. Ammonium-Mono-Oxigenase (AMO) NH₃ + O₂ + 2 H⁺ + 2e^- ! NH₂OH + H₂O 2. Hydroxylamin-Oxidoreductase (HAO)

NH₂OH + H₂O ! NO₂^- + 5H⁺ + 4 e^-

Nitrit-Oxidierer

z.B. Nitrobacter winogradskyi

Nitrit-Oxigenasereductase (NOR) NO₂^- + O₂ ! NO₂^- +2 H⁺ + 2e^-

Alle bisher bekannten Nitrifizierer sind

obligat chemolithoautotroph!

Abnahme der Schwefelkörner in Beggiatoa (Zeichnungen von Winogradsky)

Grössenvergleich

Thiomargarita namibiensis - Drosophila

Aerobe Eisenoxidation

4 Fe

+ O

+ 6 H

O ! 4 FeOOH + 8 H

z.B. Acidithiobacillus ferrooxidans (früher Thiobacillus ferrooxidans)

Oxidiert sowohl

Eisen als auch Schwefel!

Die meisten bisher bekannten

lithotrophen Mikroorganismen sind autotroph!

Anpassung an nährstoffarme, lichtlose Ökosysteme.

Anpassung an nährstoffarme Ökosysteme, die für Phototrophe zu extrem sind.