嗜酸微生物

嗜酸微生物耐酸耐重金属机理及其应用学生姓名：徐为中目录4嗜酸微生物介绍123嗜酸微生物耐酸机制嗜酸微生物耐重金属机制嗜酸微生物应用嗜酸微生物介绍•定义：将最适生长pH在3．0以下的微生物称为极端嗜酸微生物，而最适生长pH为3.0～5.0的微生物称为中度嗜酸微生物•分布：金属硫矿床、酸性矿水、生物滤沥堆、含硫温泉和土壤中，火山口，太平洋的深海沉积物•分类：根据最适温度分为嗜温嗜酸菌(20-40℃)、中等嗜热嗜酸菌(40-60℃)、极端嗜热嗜酸菌(60℃以上)若以碳源为标准,则可分为化能自养菌和化能异养菌•化能自养菌化能自养菌以CO2为碳源,通过氧化亚铁、元素硫及还原硫化合物获得能量亚铁4Fe2++O2+4H+→4Fe3++2H2O元素硫S+H2O+1.5O2→H2SO4黄铁矿2FeS2+7.5O2+H2O→H2SO4+Fe2(SO4)3硫化合物S2O32-+2O2+H2O→2H++2SO42-•化能异养菌化能异养菌生命活动所需能源和碳源主要来自有机物，生长代谢过程并不产硫酸.由于这些异养菌常与自养菌伴生，所需要的有机物主要来自自养菌代谢产物或死亡细胞分解产物嗜酸微生物的耐酸耐重金属机制嗜酸菌耐酸机制细胞膜的改变跨膜电位差表面聚集重金属膜上脂类物质重金属排出细胞重金属绑定阻止重金属入细胞降低重金属敏感性将重金属转为无毒物H+泵出细胞Δψ迅速升高与ΔpH相抵消图1.嗜酸微生物耐酸耐重金属结构图•细胞膜的改变1.嗜酸微生物在酸性环境中生存，细胞膜是唯一抵御外界H+侵害的屏障，细胞膜表面会聚集很多金属离子，这些金属离子会与H+发生交换作用，避免过量H+对细胞的毒害作用2.细胞膜上的脂类物质在这方面发挥着重要的作用,嗜酸菌细胞膜上的脂质体四聚体在pH7.0时不能形成有规则的囊泡结构,而在pH3.0和4.0时则形成有规则的结构,而且这种结构对H+的渗透性极低嗜酸微生物的耐酸机制•跨膜电位差（1）质子移动力:驱动H+从细胞外通过ATPase进入细胞产生能量的力Δψ为跨膜电位差,ΔpH为细胞内外pH差,F为法拉第常数（2）在正常代谢的细胞中由于呼吸作用将H+泵到膜外,所以Δψ保持在一个较低的水平。此时的H+的输入量和等于输出量,ΔpH保持稳定（3）如外界条件剧烈变化,ΔpH↑,此时Δψ迅速↑,ΔP↓,从而使细胞内的pH基本保持稳定。因此Δψ迅速升高与ΔpH相抵消,H+的流入就会受到抑制,使细胞得以存活HpΔF2.303RT-ψΔ=ΔP嗜酸微生物的耐重金属机制在酸性环境中，通常都含有大量的重金属离子。嗜酸菌之所以能耐受如此高的重金属浓度,是因为体内存在一系列的抗重金属机制将有毒金属排出细胞:例如通过ArsB蛋白将As3+排出细胞在细胞内/外对重金属进行绑定,以降低重金属的毒性通过渗透障碍阻止重金属进入细胞:例如磷酸盐特异性运输蛋白只运输磷酸盐,而不运输As5+调节细胞中某些成分,使其降低对重金属的敏感性:例如某些Hg抗性菌株的细胞色素c对Hg的敏感性就很低将重金属转化为无毒形式,排除体外:例如将Hg2+还原为Hg,Hg随之挥发出细胞嗜酸微生物的应用•冶金应用利用嗜酸菌将贫矿和尾矿中金属溶出并回收的方法称为生物湿法冶金。如浸磷微生物异养型可以利用葡萄糖等有机物生长，产生有机酸分解磷矿。最近通过分离海底沉积物样品得到的嗜酸异养微生物，在酸性厌氧条件下，微生物利用MnO2作为代谢呼吸链最终电子受体，传递氧化有机物产生的电子，还原溶浸MnO2。•环境保护应用利用氧化亚铁硫杆菌来处理酸性矿山废水中的Fe2+形成Fe3+，再使Fe3+水解并形成沉淀析出。利用嗜酸菌处理污泥中的重金属，Cu、Zn、Ni、Cd等的去除率可达80%以上，而且处理成本比传统的无机酸溶解法低得多•医疗应用1.嗜酸微生物生产的耐酸酶可能的应用包括从催化酸性溶液中化合物的合成到动物饲料添加剂，它被用来在动物的胃中发挥作用，改善廉价粮食的可消化性，以避免对更加昂贵食物的要2.一种克服酒醉的含有嗜酸嗜碱耐高温微生物基因产物的制品，可保护肝脏及人体其他器官免于酒精毒害，是已有的微生物基因产物在基因修复领域的应用。•高浓度有机废水处理嗜酸产甲烷菌应用于高浓度有机废物或废水的厌氧化，可从本质上克服因酸积累造成的产甲烷抑制，减少运行成本，扩展厌氧消化处理技术的应用范围