Catena di trasporto degli elettroni e relazione con E 0 '. In questo esempio è raffigurata la catena di trasporto mitocondriale o di alcuni ceppi batterici come Paracoccus denitrificans. La catena di trasporto di Escherichia coli è priva dei citocromi c e aa 3, e gli elettroni vanno direttamente dal citocromo b al citocromo o oppure d

Le alternative metaboliche ACCETTORE DI ELETTRONI Prodotto finaleNOME DEL PROCESSO O2O2 H2OH2ORespirazione aerobica NO 3 - NO 2 -, NH 3 or N 2 Respirazione anaerobica: denitrificazione SO 4 2- S 0 or H 2 S Respirazione anaerobica : riduzione dei solfati fumaratosuccinato respirazione anaerobica : con accettore organico di e- CO 2 CH 4 Metanogenesi (Archea) Bacillus, Pseudomonas Desulfovibrio E.coli

CHEMIOLITOTROFI Gruppo fisiologico Fonte di elettroni Prodotti finali ossidati microrganismo Batteri dell’idrogeno H2H2 H2OH2O Alcaligenes, Pseudomonas MetanogeniH2H2 H2OH2OMethanobacterium carbossidobatteriCOCO 2 Rhodospirillum, Azotobacter batteri nitrificanti NH 3 NO 2 - Nitrosomonas batteri nitrificanti NO 2 NO 3 - Nitrobacter ossidanti zolfoH 2 S or S 0 SO 4 2- Thiobacillus, Sulfolobus Ferro-batteriFe 2+ Fe 3+ Gallionella, Thiobacillus

Ossidazione del solfuro

Anaerobiosi

CICLO DELL’AZOTO 2. NITRIFICAZIONE 1. FISSAZIONE 3. AMMONIFICAZIONE Assimilatoria/ dissimilatoria 5. DENITRIFICAZIONE 4.OSSIDAZIONE AMMONICA ANAEROBICA

Nitrosomonas: NH 3 +3/2 O 2 HNO 2 + H 2 O Nitrobacter può usare il nitrito prodotto

DENITRIFICAZIONE Diminuisce la quantità di azoto disponibile nel terreno Aumenta N 2 O nell’atmosfera  diminuzione di ozono, effetto serra Bilancia il ciclo dell’azoto Una certa quantità di nitrati viene perduta per percolazione negli strati profondi del suolo(azoto nei sedimenti), entrando così in cicli geochimici di lunga durata: dai sedimenti l'azoto può ritornare disponibile attraverso le eruzioni vulcaniche (azoto "juvenile"). Una parte dell'azoto nitrico viene trasformato in forme volatili che ritornano all'atmosfera. Tale processo avviene ad opera di batteri denitrificanti che, in carenza o assenza di O 2, utilizzano NO 3 - come accettore finale di elettroni. Per la riduzione del nitrato a N 2 i batteri utilizzano 10 elettroni 2NO 3 - 2NO 2 - 2NO (g) N 2 O (g) N 2 (g) 4 e 2 e

MICROORGANISMI DENITRIFICANTI Biochimicamente e tassonomicamente vari: auto/etero-trofi, fotosintetici Possiedono enzimi capaci di ossidare nitrati a N 2 Alcuni rilasciano N 2 O in quanto non hanno la ossido nitroso riduttasi*. Halobacterium (Archea), Alcaligenes, Pseudomonas, Rhizobium, Thiobacillus *Fusarium oxysporum (fungo) Parametri che favoriscono il processo di denitrificazione: Assenza di O 2 Alte concentrazioni di nitrati 5.5<pH<8.6 Temperature > 5°C, anche se avviene anche fino a 0°C

Pathway di denitrificazione NaR risiede nel citoplasma dove arriva NO 3 - NO 2 - viene portato nel periplasma dove è ridotto da NiR NoR risiede nella membrana citoplasmatica e rilascia N 2 O nel periplasma Nel periplasma N 2 O viene ridotto a N 2 da NoS NAR, Nitrato riduttasi; NIR, Nitrito riduttasi NOR, Ossido Nitrico riduttasi; N 2 OR, Ossido Nitroso riduttasi narK

ENZIMI DENITRIFICANTI:clusters genici Nitrato Riduttasi Transmembrana narGHI: Eterotrimero narJ: chaperone-like narK: trasportatore di NOx di membrana Regolatori trascrizionali: narXL: sistema a due componenti sensibile a NOx Fnr: anaerobiotico Anr: simile a Fnr Periplasmatica (plasmidica) napAB: Eterodimero napC: cyt tipo c di membrana, tetraeme napD, KEF, GH: proteine accessorie Regolazione trascrizionale : Espressa anche in presenza di O 2.

ENZIMI DENITRIFICANTI:clusters genici Nitrito Riduttasi Cyt cd1 NIR nirS: omodimero, eme c e d 1 geni per citocromi e proteine accessorie per la biosintesi dell’eme. Regolazione trascrizionale : Mediata da proteine simili a Fnr in carenza di O2 e/o presenza di NOx. Rame NIR nirK: omotrimero Non sono stati trovati altri geni nell’operone Espresso in totale anaerobiosi

ENZIMI DENITRIFICANTI:clusters genici Ossido Nitrico Riduttasi norCB: Eterodimero transmembrana norQD: necessari per la crescita in anaerobiosi norEF: coinvolti nella regolazione dell’attività enzimatica Regolazione trascrizionale: mediata da proteine Fnr-like in condizioni di totale anaerobiosi ed in presenza di NO

ENZIMI DENITRIFICANTI:clusters genici Ossido Nitroso Riduttasi I geni nos si trovano in 3 unità trascrizionali: nosZ: subunità catalitica nosR: regolatore trascrizionale nosDFYL: coinvolti nella regolazione dell’attività enzimatica Regolazione trascrizionale: mediata da 6 promotori in condizioni di totale anaerobiosi ed in presenza di NO