नाइट्रिफाइंग बैक्टीरिया

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नाइट्रिफ़ाइंग बैक्टीरिया लिथोट्रोफ ़ जीव हैं जिनमें Nitrosomonas , नाइट्रोसोकोकस , नाइट्रोबैक्टर , Nitrospina , नाइट्रोस्पिरा और नाइट्रोकोकस जैसी जेनेरा की प्रजातियाँ सम्मिलित हैं। ये बैक्टीरिया अपनी ऊर्जा अकार्बनिक नाइट्रोजन यौगिकों के रिडॉक्स से प्राप्त करते हैं।[1] प्रकारों में अमोनिया-ऑक्सीडाइजिंग बैक्टीरिया (एओबी) और नाइट्राट -ऑक्सीडाइजिंग बैक्टीरिया (एनओबी) सम्मिलित हैं। नाइट्रिफाइंग बैक्टीरिया की कई प्रजातियों में जटिल आंतरिक झिल्ली प्रणालियां होती हैं जो नाइट्रीकरण में प्रमुख एंजाइमों के लिए स्थान हैं: अमोनिया मोनोऑक्सीजिनेज (जो अमोनिया को हाइड्रॉक्सिलामाइन में ऑक्सीकृत करता है), हाइड्रॉक्सिलामाइन ऑक्सीडोरडक्टेस (जो hydroxylamine को नाइट्रिक ऑक्साइड में ऑक्सीकृत करता है - जो वर्तमान में अज्ञात द्वारा नाइट्राइट में ऑक्सीकृत होता है। एंजाइम), और नाइट्राइट ऑक्सीडोरडक्टेस (जो नाइट्राइट को नाइट्रेट में ऑक्सीकृत करता है)।[2]

पारिस्थितिकी

नाइट्रिफाइंग बैक्टीरिया अलग-अलग टैक्सोनॉमिकल समूहों में मौजूद होते हैं और उच्चतम संख्या में पाए जाते हैं जहां काफी मात्रा में अमोनिया मौजूद होता है (जैसे कि व्यापक प्रोटीन अपघटन वाले क्षेत्र और सीवेज ट्रीटमेंट प्लांट)।[3] उच्च अमोनिया सामग्री के कारण सीवेज, अपशिष्ट जल और मीठे पानी के उच्च इनपुट और आउटपुट के साथ झीलों, नदियों और नदियों में नाइट्रिफाइंग बैक्टीरिया पनपते हैं।

अमोनिया का नाइट्रेट में ऑक्सीकरण

प्रकृति में नाइट्रिफिकेशन अमोनियम की दो-चरणीय ऑक्सीकरण प्रक्रिया है (NH+4) या अमोनिया (NH3) नाइट्राइट के लिए (NO−2) और फिर नाइट्रेट करने के लिए (NO−3) एक साथ बढ़ रहे दो सर्वव्यापी जीवाणु समूहों द्वारा उत्प्रेरित। पहली प्रतिक्रिया अमोनिया ऑक्सीडाइजिंग बैक्टीरिया (एओबी) द्वारा नाइट्राइट में अमोनियम का ऑक्सीकरण है जो कि बेटाप्रोटोबैक्टीरिया और गैमप्रोटोबैक्टीरिया के सदस्यों द्वारा दर्शाया गया है। आगे अमोनिया को ऑक्सीकृत करने में सक्षम जीव आर्किया (एओए) हैं।[4] दूसरी प्रतिक्रिया नाइट्राइट का ऑक्सीकरण है (NO−2) नाइट्राइट-ऑक्सीडाइजिंग बैक्टीरिया (एनओबी) द्वारा नाइट्रेट करने के लिए, नाइट्रोस्पिनोटा, नाइट्रोस्पिरोटा, स्यूडोमोनडोटा और क्लोरोफ्लेक्सोटा के सदस्यों द्वारा प्रतिनिधित्व किया जाता है।[5][6] इस दो-चरणीय प्रक्रिया का वर्णन पहले से ही 1890 में यूक्रेनी सूक्ष्म जीवविज्ञानी सर्गेई विनोग्रैडस्की द्वारा किया गया था।

अमोनिया को एक comamox जीवाणु द्वारा नाइट्रेट में पूरी तरह से ऑक्सीकृत भी किया जा सकता है।

पहला चरण नाइट्रिफिकेशन - आणविक तंत्र

फ़ाइल:अमोनिया ऑक्सीडेशन.tif|थंब|अपराइट=1.5|राइट

ऑटोट्रोफिक नाइट्रिफिकेशन में अमोनिया ऑक्सीकरण एक जटिल प्रक्रिया है जिसके लिए एक प्रतिक्रियाशील के रूप में जैविक प्रतिक्रियाओं में कई एंजाइमों के साथ-साथ डाइऑक्सीजन की आवश्यकता होती है। अमोनिया के नाइट्राइट में ऑक्सीकरण के दौरान ऊर्जा जारी करने के लिए आवश्यक प्रमुख एंजाइम अमोनिया मोनोऑक्सीजिनेज (AMO) और हाइड्रॉक्सिलमाइन ऑक्सीडोरडक्टेस (HAO) हैं। पहला एक ट्रांसमेम्ब्रेन कॉपर प्रोटीन है जो अमोनिया के ऑक्सीकरण को हाइड्रॉक्सिलामाइन (1.1) में उत्प्रेरित करता है जो क्विनोन पूल से सीधे दो इलेक्ट्रॉन लेता है। इस प्रतिक्रिया के लिए O2 की आवश्यकता होती है.

इस प्रक्रिया का दूसरा चरण हाल ही में सवालों के घेरे में आ गया है।[7] पिछले कुछ दशकों से, सामान्य दृष्टिकोण यह था कि एक ट्रिमेरिक मल्टीहेम सी-टाइप एचएओ चार इलेक्ट्रॉनों (1.2) के उत्पादन के साथ पेरिप्लाज्म में हाइड्रॉक्सिलमाइन को नाइट्राइट में परिवर्तित करता है। साइटोक्रोम सी के माध्यम से चार इलेक्ट्रॉनों की धारा को प्रसारित किया जाता है554 एक झिल्ली-बद्ध साइटोक्रोम c552. दो इलेक्ट्रॉनों को वापस एएमओ में भेज दिया जाता है, जहां उनका उपयोग अमोनिया (क्विनोल पूल) के ऑक्सीकरण के लिए किया जाता है। शेष दो इलेक्ट्रॉनों का उपयोग प्रोटॉन प्रेरक बल उत्पन्न करने और रिवर्स इलेक्ट्रॉन परिवहन के माध्यम से एनएडी (पी) को कम करने के लिए किया जाता है।[8] हाल के परिणाम, हालांकि, दिखाते हैं कि एचएओ कटैलिसीस के प्रत्यक्ष उत्पाद के रूप में नाइट्राइट का उत्पादन नहीं करता है। इसके बजाय यह एंजाइम नाइट्रिक ऑक्साइड और तीन इलेक्ट्रॉन पैदा करता है। नाइट्रिक ऑक्साइड को अन्य एंजाइमों (या ऑक्सीजन) द्वारा नाइट्राइट में ऑक्सीकृत किया जा सकता है। इस प्रतिमान में, समग्र चयापचय के लिए इलेक्ट्रॉन संतुलन पर पुनर्विचार करने की आवश्यकता है।[7]

NH3 + O2 → NO−2 + 3H+ + 2e− (1)
NH3 + O2 + 2H+ + 2e− → NH2OH + H2O (1.1)
NH2OH + H2O → NO−2 + 5H+ + 4e− (1.2)

दूसरा चरण नाइट्रिफिकेशन - आणविक तंत्र

ऑटोट्रोफिक नाइट्रिफिकेशन के पहले चरण में उत्पादित नाइट्राइट को नाइट्राइट ऑक्सीडोरडक्टेस (एनएक्सआर) (2) द्वारा नाइट्रेट में ऑक्सीकृत किया जाता है। यह एक झिल्ली से जुड़ा लौह-सल्फर मोलिब्डो प्रोटीन है और एक इलेक्ट्रॉन हस्तांतरण श्रृंखला का हिस्सा है जो इलेक्ट्रॉनों को नाइट्राइट से आणविक ऑक्सीजन तक पहुंचाता है। नाइट्राइट-ऑक्सीडाइजिंग बैक्टीरिया में सम्मिलित एंजाइमैटिक तंत्र अमोनियम ऑक्सीकरण की तुलना में कम वर्णित हैं। हालिया शोध (जैसे वोनिका ए। एट अल।, 2013)[9] एनओबी इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला और एनएक्सआर तंत्र का एक नया काल्पनिक मॉडल प्रस्तावित करता है। यहाँ, पहले के मॉडल के विपरीत,[10] एनएक्सआर प्लाज्मा झिल्ली के बाहर कार्य करेगा और स्पिक द्वारा पोस्ट किए गए प्रोटॉन ढाल पीढ़ी के तंत्र में सीधे योगदान देगा [11] और सहकर्मी। फिर भी, नाइट्राइट ऑक्सीकरण का आणविक तंत्र एक खुला प्रश्न है।

NO−2 + H2O → NO−3 + 2H+ + 2e− (2)

कॉमामॉक्स बैक्टीरिया

Main article: comammox

नाइट्रिफाइंग बैक्टीरिया के लक्षण

अमोनिया को ऑक्सीकृत करने वाले नाइट्रिफाइंग बैक्टीरिया [5][12]

Genus Phylogenetic group DNA (mol% GC) Habitats Characteristics
Nitrosomonas Beta 45-53 Soil, sewage, freshwater, marine Gram-negative short to long rods, motile (polar flagella) or nonmotile; peripheral membrane systems
Nitrosococcus Gamma 49-50 Freshwater, marine Large cocci, motile, vesicular or peripheral membranes
Nitrosospira Beta 54 Soil Spirals, motile (peritrichous flagella); no obvious membrane system

नाइट्रिफाइंग बैक्टीरिया जो नाइट्राइट को ऑक्सीडाइज़ करता है [5][12]

Genus Phylogenetic group DNA (mol% GC) Habitats Characteristics
Nitrobacter Alpha 59-62 Soil, freshwater, marine Short rods, reproduce by budding, occasionally motile (single subterminal flagella) or non-motile; membrane system arranged as a polar cap
Nitrospina Delta 58 Marine Long, slender rods, nonmotile, no obvious membrane system
Nitrococcus Gamma 61 Marine Large cocci, motile (one or two subterminal flagellum) membrane system randomly arranged in tubes
Nitrospira Nitrospirota 50 Marine, soil Helical to vibroid-shaped cells; nonmotile; no internal membranes

कॉमामॉक्स बैक्टीरिया[13][14][15]

Species Phylogenetic group DNA (mol% GC) Habitats Characteristics
Nitrospira inopinata Nitrospirota 59.23 Microbial mat in hot water pipes (56 °C, pH 7.5) Rods

यह भी देखें

संदर्भ

  1. ↑ Mancinelli RL (1996). "The nature of nitrogen: an overview". Life Support & Biosphere Science: International Journal of Earth Space. 3 (1–2): 17–24. PMID 11539154.
  2. ↑ Kuypers, MMM; Marchant, HK; Kartal, B (2011). "The Microbial Nitrogen-Cycling Network". Nature Reviews Microbiology. 1 (1): 1–14. doi:10.1038/nrmicro.2018.9. hdl:21.11116/0000-0003-B828-1. PMID 29398704. S2CID 3948918.
  3. ↑ Belser LW (1979). "नाइट्रिफाइंग बैक्टीरिया की जनसंख्या पारिस्थितिकी". Annu. Rev. Microbiol. 33: 309–333. doi:10.1146/annurev.mi.33.100179.001521. PMID 386925.
  4. ↑ Könneke, Martin; Bernhard, Anne E.; de la Torre, José R.; Walker, Christopher B.; Waterbury, John B.; Stahl, David A. (September 2005). "एक स्वपोषी अमोनिया-ऑक्सीकरण समुद्री पुरातत्व का अलगाव". Nature (in English). 437 (7058): 543–546. Bibcode:2005Natur.437..543K. doi:10.1038/nature03911. ISSN 1476-4687. PMID 16177789. S2CID 4340386.
  5. ↑ 5.0 5.1 5.2 Schaechter M. "Encyclopedia of Microbiology", AP, Amsterdam 2009
  6. ↑ Ward BB (1996). "जलीय प्रणालियों में नाइट्रीकरण और अमोनीकरण". Life Support & Biosphere Science: International Journal of Earth Space. 3 (1–2): 25–9. PMID 11539155.
  7. ↑ 7.0 7.1 Caranto, Jonathan D.; Lancaster, Kyle M. (2017-07-17). "नाइट्रिक ऑक्साइड हाइड्रॉक्सिलामाइन ऑक्सीडोरडक्टेस द्वारा निर्मित एक बाध्यकारी जीवाणु नाइट्रिफिकेशन मध्यवर्ती है". Proceedings of the National Academy of Sciences (in English). 114 (31): 8217–8222. Bibcode:2017PNAS..114.8217C. doi:10.1073/pnas.1704504114. ISSN 0027-8424. PMC 5547625. PMID 28716929.
  8. ↑ Byung Hong Kim; Geoffrey Michael Gadd (2008). बैक्टीरियल फिजियोलॉजी और मेटाबॉलिज्म. Cambridge University Press.
  9. ↑ Woznica A, et al. (2013). "बायोसेंसिंग तत्व के रूप में उपयोग किए जाने वाले केमोलिथोट्रोफिक नाइट्रिफाइंग बैक्टीरिया के ऑक्सीडेटिव इलेक्ट्रॉन परिवहन पर ज़ेनोबायोटिक्स का उत्तेजक प्रभाव". PLOS ONE. 8 (1). e53484. Bibcode:2013PLoSO...853484W. doi:10.1371/journal.pone.0053484. PMC 3541135. PMID 23326438.
  10. ↑ Ferguson SJ, Nicholls DG (2002). बायोएनेर्जी III. Academic Press.
  11. ↑ Spieck E, et al. (1998). "नाइट्रोस्पिरा मॉस्कोविएंसिस में नाइट्राइट-ऑक्सीडाइजिंग सिस्टम का अलगाव और इम्यूनोसाइटोकेमिकल स्थान". Arch Microbiol. 169 (3): 225–230. doi:10.1007/s002030050565. PMID 9477257. S2CID 21868756.
  12. ↑ 12.0 12.1 Michael H. Gerardi (2002). सक्रिय कीचड़ प्रक्रिया में नाइट्रिफिकेशन और डिनाइट्रिफिकेशन. John Wiley & Sons.
  13. ↑ Daims, Holger; Lebedeva, Elena V.; Pjevac, Petra; Han, Ping; Herbold, Craig; Albertsen, Mads; Jehmlich, Nico; Palatinszky, Marton; Vierheilig, Julia; Bulaev, Alexandr; Kirkegaard, Rasmus H. (December 2015). "नाइट्रोस्पिरा बैक्टीरिया द्वारा पूर्ण नाइट्रिफिकेशन". Nature (in English). 528 (7583): 504–509. Bibcode:2015Natur.528..504D. doi:10.1038/nature16461. ISSN 1476-4687. PMC 5152751. PMID 26610024.
  14. ↑ van Kessel, Maartje A. H. J.; Speth, Daan R.; Albertsen, Mads; Nielsen, Per H.; Op den Camp, Huub J. M.; Kartal, Boran; Jetten, Mike S. M.; Lücker, Sebastian (December 2015). "एकल सूक्ष्मजीव द्वारा पूर्ण नाइट्रिफिकेशन". Nature (in English). 528 (7583): 555–559. Bibcode:2015Natur.528..555V. doi:10.1038/nature16459. ISSN 1476-4687. PMC 4878690. PMID 26610025.
  15. ↑ Kits, K. Dimitri; Sedlacek, Christopher J.; Lebedeva, Elena V.; Han, Ping; Bulaev, Alexandr; Pjevac, Petra; Daebeler, Anne; Romano, Stefano; Albertsen, Mads; Stein, Lisa Y.; Daims, Holger (September 2017). "एक पूर्ण नाइट्रिफ़ायर के काइनेटिक विश्लेषण से एक ओलिगोट्रॉफ़िक जीवन शैली का पता चलता है". Nature (in English). 549 (7671): 269–272. Bibcode:2017Natur.549..269K. doi:10.1038/nature23679. ISSN 1476-4687. PMC 5600814. PMID 28847001.
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