Новости химической науки > Новый биохимический способ получения кислорода

Самым известным природным способом получения кислорода является фотосинтез, протекающий в хлорофиллсодержащих клетках.

Изучив метаболизм недавно обнаруженных анаэробных бактерий исследователи предполагают, что ряд бактерий мог выделять кислород в процессе жизнедеятельности задолго до того, как эволюция привела к появлению фотосинтетических организмов.

Канонические биохимические маршруты денитрификации (a),аэробного окисления метана (b) и предложенный исследователями маршрут окисления метана нитритами (c). (Рисунок из Nature, 2010, 464, 543)

Группа исследователей из двух Университетов Голландии, работавшая под руководством Маргарет Бутлер (Margaret Butler) обнаружила микроорганизм, продуктом жизнедеятельности которого является кислород, эти бактерии производят кислород в соответствии с механизмом, отличным от трех уже известных биохимических путей его получения. До настоящего времени было известно, что кислород может получаться в качестве побочного продукта фотосинтеза, бактериальной внутриклеточной конверсии хлоратов в кислород и ферментно-катализируемых превращений активных кислородсодержащих соединений.

Объектом исследования выступал микроорганизм (Candidatus Methylomirabilis oxyfera), обнаруженный в бедных кислородом отложениях, накопленных в дренажных системах и каналах Нидерландов. Предполагалось, что микроорганизм может окислять метан до углекислого газа в биохимических системах, использующих нитрит-анионы в качестве окислителя; для детального выяснения этого механизма исследователи проводили эксперименты с метаболитами этих бактерий, содержащими радиоактивные метки.

Исследователи обнаружили, что бактерии могут усваивать метан и выделять кислород в соответствии с ранее неизвестным биохимическим процессом. В присутствии нитратов метан не усваивается, но при введении в систему нитритов бактерия может усваивать метан, выделяя азот. Микробиологи предположили, что в организме бактерии кислород и азот образуются из оксида азота(II), который, в свою очередь является результатом метаболизма нитритов. Образующийся кислород используется в биохимическом цикле получения энергии за счет окисления метана, азот образуется в качестве побочного продукта. Фермент, или ансамбль ферментов, отвечающий за этот процесс, пока еще не определен.

Как часто бывает для бактерий, выделяемых из придонных осадков водоемов, исследователи не смогли вырастить чистую культуру Candidatus Methylomirabilis oxyfera, им пришлось растить эти организмы в биореакторе совместно с другими микроорганизмами, а затем реконструировать ее строение по образцам ДНК, выделенных из смеси.

Исследователям удалось провести полное секвенирование генома нового микроорганизма, изучив карту белков, которые могут быть могут экспрессированы этой бактерией. Анализ генотипа позволил предложить строение ферменту, ответственному за получение кислорода, хотя сам фермент пока еще не был выделен и идентифицирован. Некоторые из генов позволяют предположить, что для Candidatus Methylomirabilis oxyfera реализуется ряд метаболитических маршрутов, характерных для других бактерий, в частности – системы усвоения метана в богатом кислородом биохимическом окружении.

Бутлер заявляет, что результаты нового исследования позволяют предположить, что обнаруженный механизм биохимического образования кислорода мог реализовываться тогда, когда атмосфера молодой Земли характеризовалась высоким содержанием метана и низкой концентрацией кислорода. Предложенный биохимический механизм также позволяет рассматривать возможность существования живых организмов в условиях атмосферы богатой метаном и бедной кислородом (или вообще бескислородной), в солнечной системе существуют планеты и спутники планет с подобной атмосферой, вне солнечной системы также обнаружен ряд экзопланет с метановыми атмосферами.

Источник: Nature, 2010, 464, 543; DOI: 10.1038/nature08883

метки статьи: #биохимия, #медицинская химия, #молекулярная биология