硝化细菌
硝化细菌（英語：）是一群好氧的化能自營生物之統稱，细菌能通过食用无机氮化合物生长[1]。硝化細菌以二氧化碳为碳源，通过代谢将氨或铵盐氧化成硝酸盐。硝化細菌可以用不含有机碳的培养基培养。许多品种的硝化细菌具有复杂的内部膜系统在关键位置为硝化酶：氨单加氧酶將氨氧化為羟胺 ，和亚硝酸盐氧化还原酶將亞硝酸鹽氧化成硝酸盐。
生态
硝化细菌是生活在狭窄环境中的物种，并且被发现有大量氨的地方有相当大的数量的存在（具有大面积的的蛋白分解区，以及污水处理厂）[2]。在自然界中硝化细菌在湖泊和河流中得以茁壮成长，是因为生物排放了氨含量高的污水，废水和淡水有很高的氨氮输入，海水則略低一些。
氨氧化成硝酸盐
在自然界硝化作用是铵（NH+
4）或氨（NH
3），以由两个无处不在的细菌群体催化硝酸盐（NO−
3）一个两步氧化过程。第一反应为由“亚硝化”物种代表的氨氧化细菌（AOB）把铵的氧化为亚硝酸盐。第二个反应是由硝化物种代表的亚硝酸氧化细菌（NOB）把亚硝酸盐（NO−
2）的氧化硝酸盐，[3][4]
。
第一步硝化 - 分子机制
图1. 由氨氧化细菌（AOB）氧化铵的分子机制
在自养硝化细菌中，氨的氧化是一个复杂的过程，需要几种酶，蛋白质和氧气的存在。必要铵氧化为亚硝酸盐过程中获取的能量关键的酶是氨单加氧酶（AMO）和羟胺氧化还原酶（HAO）。
- NH
3 + O
2 → NO−
2 + 3 H+
+ 2 -
e (1) - NH
3 + O
2 + 2 H+
+ 2 -
e → NH
2OH + H
2O (1.1) - NH
2OH + H
2O → NO−
2 + 5 H+
+ 4 -
e (1.2)
第二步硝化 - 分子机制
在自养硝化的第一步骤中产生的亚硝酸盐是由亚硝酸盐还原酶（NXR）（2）氧化成硝酸盐。
- NO−
2 + H
2O → NO−
3 + 2 H+
+ 2 -
e (2)
氨氧化的硝化细菌[5]
| 属 | 系统发生组 | DNA (mol% GC) | 栖息地 | 特性 |
|---|---|---|---|---|
| Nitrosomonas | Beta | 45–53 | 土壤，污水，淡水，海洋 | 革兰氏阴性短到长棒，游动（极生鞭毛）或无动力;外周膜系统 |
| Nitrosococcus | Gamma | 49–50 | 淡水，海洋 | 大型球菌，游动，囊泡或外周细胞膜 |
| Nitrosospira | Beta | 54 | 土壤 | 螺旋，游动（周毛鞭毛）;没有明显的膜系统 |
亚硝酸盐氧化的硝化细菌[5]
| 属 | 系统发生组 | DNA (mol% GC) | 栖息地 | 特性 |
|---|---|---|---|---|
| Nitrobacter | Alpha | 59–62 | 土壤，淡水，海洋 | 短棒状，出芽生殖，可偶尔运动（单次使用末端的鞭毛）或者是不可运动，膜系统可作为一个极冠 |
| Nitrospina | Delta | 58 | 海洋 | 长，细杆状，不可运动，没有明显的膜系统 |
| Nitrococcus | Gamma | 61 | 海洋 | Large Cocci, motile (one or two subterminal flagellum) membrane system randomly arranged in tubes |
| Nitrospira | Nitrospirota | 50 | 土壤，海洋 | Helical to vibroid-shaped cells; nonmotile; no internal membranes |
参考资料
- Mancinelli RL. . Life support & biosphere science : international journal of earth space. 1996, 3 (1–2): 17–24. PMID 11539154.
- Belser LW. . Annu. Rev. Microbiol. 1979, 33: 309–333. PMID 386925. doi:10.1146/annurev.mi.33.100179.001521.
- Schaechter M. „Encyclopedia of Microbiology", AP, Amsterdam 2009
- Ward BB. . Life support & biosphere science : international journal of earth space. 1996, 3 (1–2): 25–9. PMID 11539155.
- Michael H. Gerardi. . John Wiley & Sons,. 2002.
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