c. Môi trường sống
3.2.2. Cơ chế của quá trình kiểm soát
Ở giai đoạn nitrite hoá, các vi khuẩn thuộc nhóm nitrite sử dụng enzyme amonimonooxygenase (AMO) để oxy hoá NH3 thành NH2OH (hydroxylamin) và H2O, sau đó Nitrosomonas sẽ oxy hóa NH2OH thành NO2 nhờ vào enzyme hydroxylamin oxydoreductase (HAO). Hai enzym này là 2 enzyme chính trong giai đoạn này và cơ chế chung của cả quá trình oxy hoá ammonia được mô tả ở hình 3.9 : ATPaza ADP + P1 H+ ATP 2e - 2e - Màng AMO cyt aa3 cytc Q NH2OH + H2O NH3 + O2 + 2H+ H2O 0.5 O2 + 4H+ NH2OH HNO2 HA O cytc 4e- 2e - 2e - H+
SVTH : Nguyễn Ngọc Thanh Vân GVHD : TS. Nguyễn Thị Ngọc Tĩnh
Hình 3.9 : Cơ chế oxy hoá amoni trong vi khuẩn Nitrosomonas
Đầu tiên ammonia bị oxy hoá thành NH2OH nhờ enzyme AMO. NH3 + O2 + 2e - + 2H+ NH2OH + H2O (1)
Để thực hiện được phản ứng này thi cần phải cung cấp 2e và 2 proton. Nguồn electron được lấy từ sự oxy hoá NH2OH trong phản ứng (2) nhờ vào enzyme HAO .
NH2OH + 0,5 O2 + H2O HNO2 + 4H+ + 4e- (2)
Oxi hoá hydroxylamine sẽ tạo ra 4 điện tử, trong đó hai electron sẽ được cung cấp để thực hiện phản ứng (1). Hai electron còn lại sẽ theo chuỗi electron trên màng sinh chất kết hợp với O2 tạo thành một phân tử H2O (3), đồng thời cũng hoạt hóa bơm proton để hình thành nên thế điện hoá. Thế điện hóa này là nguồn năng lượng duy nhất hoạt hoá ATP sisteaza để sản sinh ATP (năng lượng cho các hoạt động cuả tế bào).
0.5 O2 + 2H+ + 2e- H2O (3)
Tổng hợp tất cả các phản ứng trên, ta có phương trình chung cho toàn bộ quá trình oxy hoá ammonium (4).
NH4+ + 0.5 O2 NO2- + 2H+ + H2O (4)
Sau khi oxy ammonia thành nitrite thì vi khuẩn thuộc nhóm nitrate hoá sẽ thực hiện giai đoạn tiếp theo là oxy hoá nitrite thành nitrate. Chúng sử enzyme nitritoxydase (NO) và enzyme cytochromoxydase xúc tác để thực hiện phản ứng(5).
NO2- + 0.5 O2 NO3- + 2H+ + 2e- (5)
Trong quá trình nitrate hoá, nguyên tử oxy dùng để oxy hoá NO2- được lấy từ OH- chứ không phải từ O2. Hai electron sinh ra sẽ di vào chuỗi chuyển electron và kết hợp với O2 tạo thành nước trong nguyên sinh chất (hình 3.10).
SVTH : Nguyễn Ngọc Thanh Vân GVHD : TS. Nguyễn Thị Ngọc Tĩnh
Hình 3.10 : Sự oxy hoá nitrit thành nitrat nhờ các vi khuẩn nitrate hoá
Phương trình phản ứng (4) và (5) sẽ tạo ra năng lượng. Theo Painter (1970), năng lượng tạo ra từ quá trình oxy hoá ammonium khoảng 66 – 84 kcal/mole ammonium và từ oxy hóa nitrite khoảng 17,5 kcal/mole nitrite.
Nitrosomanas và Nitrobacter sử dụng rất ít năng lượng này cho quá trình sinh tổng hợp vật chất trong tế bào vi khuẩn và duy trì sự sống.