חיזור סולפט מיקרוביאלי

מתוך המכלול, האנציקלופדיה היהודית
קפיצה לניווט קפיצה לחיפוש
חיזור סולפט מיקרוביאלי נפוץ בחיידקים ממין Desulfovibrio vulgaris, שנראה כאן מבעד למיקרוסקופ אלקטרונים חודר

חיזור סולפט מיקרוביאלי הוא שם כולל עבור התהליך בו חיידקים וארכאונים אל-אווירניים אובליגטוריים ופקולטטיביים משתמשים בסולפט עבור יצור אנרגיה. בתהליך זה סולפט (SO2−4) מתחזר לסולפיד עד ליצירת מולקולת מימן גופרתי (H2S) בהצמדה לחמצון חומר אורגני או מימן. בדומה לתהליך הזרחון החמצוני המוכר בו חמצן (O2) הוא קבל האלקטרונים, בחיזור סולפט בקטריאלי החיידקים משתמשים בסולפט במקום בחמצן. מאחר שבתהליך זה האנרגיה המופקת קטנה מזו המופקת בזרחון חמצוני, חיזור סולפט מיקרוביאלי נמצא בעיקר בסביבות דלות בחמצן דוגמת קרקעית האוקיינוסים, אגמים משוכבים וביצות. יצור האנרגיה בתהליך זה הוא כה קטן עד שהוא מוגבל רק למיקרואורגניזמים חד תאיים ואין באפשרותו לתמוך ביצורים רב-תאיים, ולכן באותם מיקרואורגניזמים אנאירוביים פקולטטיביים תהיה תמיד העדפה להפיק את האנרגיה בתהליך של זרחון חמצוני על פני חיזור הסולפט[1].

מרבית החיידקים והארכאונים שמחזרים סולפט מסוגלים לחזר גם צורוני ביניים דוגמת גופרית אלמנטרית, סולפיט (SO2−3) ותיוסולפט (S2O2−3) ואף מולקולות המכילות גופרית דוגמת דימתיל סולפוקסיד[1].

השלבים בחיזור סולפט מיקרוביאלי

במהלך חיזור הסולפט המיקרוביאלי מתקיים מעבר של 8 אלקטרונים בין החומר המחזר לחומר המחמצן. השלבים העיקריים בחיזור סולפט מיקרוביאלי הם[2]:

  1. מולקולת סולפט נכנסת אל תוך המיקרואורגניזם.
  2. הסולפט בתוך התא משופעל עם מולקולת ATP ליצירת מולקולת APS ‏(adenosine 5'-phosphosulfate).
  3. מוקלקולת ה-APS מקבלת 2 אלקטרונים ומתחזרת לסולפיט (SO2−3). בתהליך נוצרת גם מולקולה של AMP ‏(Adenosine monophosphate).
  4. הסולפיט מתחזר לסולפיד עד ליצירת מולקולת מימן גופרתי (H2S) ובמקביל מולקולת ה-AMP הופכת למולקולת ADP ‏(Adenosine diphosphate) תוך כדי השקעת מולקולת ATP נוספת.


ישנן עדויות לכך שהשלב הרביעי (חיזור של סולפיט לסולפיד) אינו מתרחש ישירות, אלא בתהליך שכולל יצירת צורוני ביניים המוזכרות לעיל.

חשיבות התהליך בטבע

עיקר חשיבות חיזור הסולפט המיקרוביאלי בטבע בא לידי ביטוי בסביבות ימיות, זאת מאחר שסולפט הוא האניון השני בשכיחותו באוקיינוסים (28 מילימולר) שם הוא נפוץ עד פי-100 יותר מחמצן מומס. על כן, חיזור סולפט מיקרוביאלי הוא התהליך העיקרי שמשמש לחמצון החומר האורגני שמגיע לקרקעית האוקיינוס מעמודת המים (אחראי לכ-50-70 אחוז מכלל פירוק החומר האורגני)[3].

בנוסף לכך, חיזור הסולפט המיקרוביאלי מצומד לחמצון המתאן[4] וצורך את מרבית המתאן שנוצר במשקע[5]. בכך מונע התהליך מהאוקיינוס מלהפוך למקור חשוב למתאן באטמוספירה (האוקיינוס מהווה רק 6% מכלל המקורות של המתאן באטמוספירה) ועל כן לתהליך זה משקל גדול בקביעת כמות הפחמן האורגני שנקבר בקרקעית האוקיינוס (דבר שמהווה מבלע חשוב לפחמן דו-חמצני אטמוספירי לאחר קיבועו בתהליך הפוטוסינתזה על ידי פיטופלנקטון ואצות) ואפשרות לוויסות ריכוזי הפחמן הדו-חמצני באטמוספירה על פני יחידות זמן גאולוגיות.

השפעות סביבתיות

בוצה שחורה בקרקעית האגם נוצרת בעקבות פעילות חיזור סולפט מיקרוביאלי

תוצר הלוואי של חיזור הסולפט היא מולקולת מימן גופרתי. מולקולה זאת היא רעילה ובעלת ריח אופייני המזכיר ביצים רקובות שפעמים רבות מעיד על נוכחות חיידקים מחזרי סולפט בסביבה. מרבית המימן הגופרתי יגיב עם יונים שונים של מתכות בסביבה המימית ליצירת סולפידים מתכתיים, דוגמת ברזל גופרתי (FeS) שמקנה לבוצה את צבעה החום או השחור[6].

חיידקים מחזרי סולפט מעודדים את יצירת הקורוזיה כאשר מתכות באות במגע עם מים עשירים בסולפט; המגע בין המים למתכות יוצר שכבה של יוני מימן על גבי המתכות. יוני המימן מחומצנים על ידי החיידקים ליצירת מימן גופרתי, שבתורו מעודד את היווצרות הקורוזיה.

ראו גם

הערות שוליים

  1. ^ 1.0 1.1 Muyzer, G. and Stams, A. J., (2008). The ecology and biotechnology of sulphate-reducing bacteria. Nature Reviews Microbiology, 6, pp. 441–454.
  2. ^ Barton, Larry L. & Fauque, Guy D., (2009). Biochemistry, Physiology and Biotechnology of Sulfate-Reducing Bacteria. Advances in Applied Microbiology, 68, pp.41–98.
  3. ^ Jørgensen, B.B., (1982). Mineralization of organic matter in the sea bed-the role of sulphate reduction. Nature, 296, pp.643-645.
  4. ^ Boetius, A., Ravenschlag, K., Schubert, C.J., Rickert, D., Widdel, F., Gieseke, A., Amann, R., Jørgensen, B.B., Witte, U. and Pfannkuche, O., (2000). A marine microbial consortium apparently mediating anaerobic oxidation of methane. Nature, 407(6804), pp.623-626.
  5. ^ Reeburgh, W.S., (2007). Oceanic methane biogeochemistry. Chemical Reviews, 107(2), pp.486-513.
  6. ^ Ernst-Detlef Schulze, Harold A. Mooney., (1993), Biodiversity and ecosystem function, Springer-Verlag, pp.88–90.