AUTOTROFNÍ HETEROTROFNÍ

Podobné dokumenty
N N N* Cyklus a transformace N. Dvě formy: N 2 a N* Mikrobiální ekologie vody. Cyklus uhlíku a dusíku - rozdíly

BIODEGRADACE SPECIFICKÝCH POLUTANTŮ ZÁKLADNÍ PODMÍNKY

Mikrobiální ekologie vody. Znečištění: 9. Znečištění a (bio)degradace DEGRADACE / BIODEGRADACE DEGRADACE / BIODEGRADACE

Biogeochemické cykly biogenních prvků

Vodní systémy: Jezera: Mikrobiální ekologie vody. Kde jsou tady baktérie??? Všude. Děje v epilimniu:

Mikrobiální ekologie vody

Ekologie tekoucích vod

05 Biogeochemické cykly

Život ve stojatých vodách : mikrobiální smyčka v potravních sítích

Metabolismus. Source:

Biologické čištění odpadních vod - anaerobní procesy

Metabolismus, taxonomie a identifikace bakterií. Karel Holada khola@lf1.cuni.cz

Anaerobní mikrobiální procesy - teorie, praxe a potenciál pro bioremediace ANAEROBNÍ LABORATOŘ. Metabolismus. Respirace. Fermentace.

C1200 Úvod do studia biochemie 4.2 Velké cykly prvků. OpVK CZ.1.07/2.2.00/

Fyziologie buňky. RNDr. Zdeňka Chocholoušková, Ph.D.

Koloběh živin ve vodě a půdě

Biologie 30 Metabolismus, fotosyntéza, dýchání, glykolýza, kvašení

Biologické odstraňování nutrientů

Vymezení biochemie moderní vědní obor, který chemickými metodami zkoumá biologické děje (bios = řecky život) spojuje chemii s biologií poznatky velmi

Koloběh látek v přírodě - koloběh dusíku

METABOLISMUS SACHARIDŮ

TECHNIKA PRO ZPRACOVÁNÍ ODPADŮ (13)

Biologické čištění odpadních vod - anaerobní procesy

Hydrolytické a acidogenní mikroorganismy

5. Příjem, asimilace a fyziologické dopady anorganického dusíku. 5. Příjem, asimilace a fyziologické dopady anorganického dusíku

DEKOMPOZICE, CYKLY LÁTEK, TOKY ENERGIÍ

Biologické odstraňování nutrientů

Intermediární metabolismus. Vladimíra Kvasnicová

Biologické odsiřování bioplynu. Ing. Dana Pokorná, CSc.

Glykolýza Glukoneogeneze Regulace. Alice Skoumalová

Metabolismus. - soubor všech chemických reakcí a příslušných fyzikálních procesů, které souvisejí s aktivními projevy života daného organismu

Anaerobní proces. Anaerobní rozklad organických látek. Bioplyn

Biochemie, Makroživiny. Chemie, 1.KŠPA

B4, 2007/2008, I. Literák

Ekosystém. tok energie toky prvků biogeochemické cykly

Metabolismus krok za krokem - volitelný předmět -

SYSTÉMY BIOLOGICKÉHO ODSTRAŇOVÁNÍ NUTRIENTŮ

Voda jako životní prostředí rozpuštěné látky : sloučeniny dusíku

ANAEROBNÍ FERMENTACE

1- Úvod do fotosyntézy

Otázka: Metabolismus. Předmět: Biologie. Přidal(a): Furrow. - přeměna látek a energie

Dekompozice, cykly látek, toky energií

Bioenergetika. přeměny energie v živých organismech

1. ročník Počet hodin

Zvyšování konkurenceschopnosti studentů oboru botanika a učitelství biologie CZ.1.07/2.2.00/

Látky jako uhlík, dusík, kyslík a. z vnějšku a opět z něj vystupuje.

kyslík ve vodě CO 2 (vápenato-)uhličitanová rovnováha alkalita

Eva Benešová. Dýchací řetězec

kyslík ve vodě CO 2 (vápenato-)uhličitanová rovnováha alkalita

Hlavní parametry přírodního prostředí ph a Eh

Ekosystémy. Ekosystém je soubor organismů žijících na určitém

AUTOTROFNÍ DENITRIFIKACE BAKTERIÍ THIOBACILLUS DENITRIFICANS ZA PŘÍTOMNOSTI FOSFORU A MOLYBDENU

Inovace profesní přípravy budoucích učitelů chemie

Jaro 2010 Kateřina Slavíčková

Biosyntéza sacharidů 1

2.2. Základní biogeochemické pochody. Ing. Petr Stloukal Ústav ochrany životního prostředí Fakulta technologická Univerzita Tomáše Bati Zlín

Buněčné dýchání Ch_056_Přírodní látky_buněčné dýchání Autor: Ing. Mariana Mrázková

Gymnázium a Střední odborná škola pedagogická, Čáslav, Masarykova 248

Sekunda (2 hodiny týdně) Chemické látky a jejich vlastnosti Směsi a jejich dělení Voda, vzduch

PODPOROVANÁ ATENUACE V PRAXI. Vít Matějů, ENVISAN-GEM, a.s. Tomáš Charvát, VZH, a.s. Robin Kyclt, ENVISAN-GEM, a.s.

MIKROORGANISMY EDÍ. Ústav inženýrstv. enýrství ochrany ŽP FT UTB ve Zlíně

Přehled energetického metabolismu

DYNAMIKA BAKTERIÁLNÍHO RŮSTU

10. Minerální výživa rostlin na extrémních půdách

Odběr rostlinami. Amonný N (NH 4 )

Název školy: Střední odborná škola stavební Karlovy Vary Sabinovo náměstí 16, Karlovy Vary Autor: Hana Turoňová Název materiálu:

M. Váňa, F. Wanner, J. Fuksa, L. Matoušová, D. Pospíchalová. Mikropolutanty a situace na čistírnách odpadních vod v ČR

Ing. Radim Staněk, prof. Ing. Jana Zábranská CSc. Čištění odpadních vod z výroby nitrocelulózy

UNIVERZITA KARLOVA V PRAZE 3. LÉKAŘSKÁ FAKULTA (tématické okruhy požadavků pro přijímací zkoušku)

Hlavní sledované parametry při provozu bioplynové stanice

Propojení metabolických drah. Alice Skoumalová

Metabolismus příručka pro učitele

Pedogeochemie. Zdroje prvků v půdě UHLÍK V PŮDĚ. Globální bilance C. 10. přednáška. Procesy ovlivňující obsahy prvků v půdě

Energetický metabolizmus buňky

Chemie - Septima, 3. ročník

ostatní rozpuštěné látky: křemík, vápník, železo, síra

Odstraňování dusíkatého a organického znečištění pomocí Biotechnologie Lentikats

Základy biologie a ekologie VZNIK A VÝVOJ ŽIVOTA

Organizmy a biogeochemické cykly hlavních prvků (C,N,P) a látek (voda) v ekosystému. (Hana Šantrůčková, Katedra biologie ekosystémů, B 361)

základní přehled organismů

Hořčík. Příjem, metabolismus, funkce, projevy nedostatku

Úvod do biochemie. Vypracoval: RNDr. Milan Zimpl, Ph.D.

BATTELLE CHLORCON 2014 KALIFORNIE - NEJNOVĚJŠÍ TRENDY V OBLASTI SANACÍ CHLOROVANÝCH A OBTÍŽNĚ ODBOURATELNÝCH POLUTANTŮ

Anaerobní proces. Anaerobní rozklad organických látek. Bioplyn

Metabolismus bílkovin. Václav Pelouch

Organizmy a biogeochemické cykly hlavních prvků (C,N,P) a látek (voda) v ekosystému. (Hana Šantrůčková, Katedra biologie ekosystémů, B 361)

základní přehled organismů

FYZIOLOGIE ROSTLIN VÝŽIVA ROSTLIN 1) AUTOTROFNÍ VÝŽIVA ROSTLIN 2) HETEROTROFNÍ VÝŽIVA ROSTLIN

Digitální učební materiál

Stavba prokaryotické buňky

VYUŽITÍ SPALNÉ KALORIMETRIE VE VZTAHU ROSTLINA-PŮDA- ATMOSFÉRA. František Hnilička, Margita Kuklová, Helena Hniličková, Ján Kukla

Anorganické látky v buňkách - seminář. Petr Tůma některé slidy převzaty od V. Kvasnicové

CZ.1.07/1.5.00/

Vzdělávací oblast: Člověk a příroda. Vyučovací předmět: Chemie. Třída: kvarta. Očekávané výstupy. Poznámky. Přesahy. Průřezová témata.

Zkušební okruhy k přijímací zkoušce do magisterského studijního oboru:

Úvod do mikrobiologie

CHE NÁRODNÍ SROVNÁVACÍ ZKOUŠKY DUBNA : 28. dubna 2018 : 30

Tabulace učebního plánu. Obecná chemie. Vzdělávací obsah pro vyučovací předmět : Ročník: 1.ročník a kvinta

FOTOSYNTÉZA. Princip, jednotlivé fáze

Sada 7 Název souboru Ročník Předmět Formát Název výukového materiálu Anotace

Transkript:

Mikrobiální ekologie vody 3. Metabolismus uhlíku Základní dělení: ZDROJ UHLÍKU: : AUTOTROFNÍ C-org.: HETEROTROFNÍ PřFUK, Katedra ekologie Josef K. Fuksa, VÚV T.G.M. josef_fuksa@vuv.cz JKF 2008 ZDROJ ENERGIE: Chem. reakce/oxidace: CHEMOTROFNÍ chemoheterotrofní, chemolithotrofní (sluneční) záření: FOTOTROFNÍ fotoheterotrofní, fotolithotrofní Organický uhlík: Organický uhlík ve vodních ekosystémech: Zdroje: Fotosyntéza, chemosyntéza, umělé/průmyslové látky. Stav v přírodě : Různé (velmi různé) stadium dalších procesů po fotosyntéze. Variabilita podle typů biotopů, podle cyklů (denní, sezónní). Recyklace C org. : Exkrece během fotosyntézy, změny společenstev fytoplanktonu, grazers activity, aktivita virů (lyze). Ve vodách (toky, nádrže) je prakticky vždy >> 80% C org. jako DOC. Prokaryota utilizují DOC / DOC utilizují hlavně Prokaryota. Partikulace C org. (DOC): LINK or SINK?? FOOD CHAIN or LOOP Produkce a přísun C-org.: Autochtonní PP fytoplankton, fytobenthos, makrofyta Alochtonní produkce mimo systém: Vzdušný transport (pyl, prach). Opad a přísun z břehů. Znečištění bodové, nebodové. Nespecifický C-org., specifické látky. Rozlišení A/A je problém v prostoru a čase (jezera vs. řeky apod.). Využitelnost zdroje C-org. (substrátu) organismem: Obecné vlastnosti systému teplota, záření, toxické vlivy. Disperze a šíření substrátu. Chemické vlastnosti substrátu: Stupeň oxidace (H-COOH, oxalát, CO, CH4) Prostorová struktura (přírodní D-glycidy, L- aminokyseliny). Fyzikální stav substrátu, adsorpce, polymery

Yield a substráty Yield a substráty (obsah a vazba C, konfigurace, ochranné skupiny) POZOR: Záleží také na dostupnosti substrátu! Využitelnost zdroje C-org.: INOKULUM: Disperze a šíření inokula s prouděním media apod. Vlastnosti inokula směs kmenů, jednotlivé kmeny/kultury. Enzymová výbava vs. další faktory: Akceptor elektronů, stopové látky. Adaptace viz dále Zdroje C-org.: Organické kyseliny (soli). Sacharidy, polysacharidy. Lipidy. Aminokyseliny, peptidy, bílkoviny. Obecně: Polymery, oligomery, monomery. Polymery štěpení mimo buňku, transport oligomerů. POLYMERY v přírodě: Celulóza až 1,8 10 6 Glukóza β -1-4 Hemicelulóza (pektin) 40000 Glukóza + kys. methylgalakturonová Škrob Amylopektin větvený Glukóza α - 1 4 α - 1 6 Amylóza lineární Glukóza α - 1-4 Chitin N-acetylglukosamin β -1-4 Peptidoglykan NAG-NAM + další β -1-4 (acetylglucosamin + N-acetylmuramová kys.) Lignin Tyrosin + phenylalanin / fenylpropen. jednotky Štěpení polymerů mimo buňku: Extracelulární enzymy: Reagují se substrátem mimo buňku. Většinou hydrolázy štěpí polymery. Ektoenzym: přešel cytoplasmatickou membránou ven, ale připojen k buňce. Extracelulární enzymy: v prostoru. Původ EE: Produkce živými buňkami (bakterie). Poškozené / mrtvé buňky nejen bakteriální! Exkrece - od savců po prvoky. Svlékací enzymy.

Extracelulární enzymy: Pravděpodobnost zásahu: Ektoenzym - obecně nízká Extracelulární enzym - vyšší může se lokalizovat. Pravděpodobnost návratu produktu : Ektoenzym - obecně vyšší. Extracelulární enzym - může být vysoká vpřisedlých systémech!! Další kouzla přisedlého růstu. Extracelulární enzymy: Glykolázy. Glukosidázy (α, ß). Acetylglukosaminidázy (chitin, svlékání). Aminopeptidázy. Fosfatázy alkalické, kyselé. Extracelulární enzymy: Funkční charakteristika systému, snadno se analyzují. Funkce v systému vs. inaktivace. Imobilizace huminovými látkami. Sorpce na povrchy výhoda/nevýhoda. Inhibice kompetitivní (afinita k substrátu), nekompetitivní. Regulace katabolická represe/dereprese. Regulace EEA podle produkce EPP Regulace a adaptace Informace o substrátu: Pasívní (přisedlý růst), chemotaxe. Gradient vs. velikost buňky. Jak pozná buňka polymer?? Teorie konstitutivní enzym + regulace. Adaptace: Genotypová: mutace >> růst mutanta. Fenotypová: změny enzymové aktivity inhibice/aktivace enzymů. změny rychlosti syntézy enzymů indukce, represe. Co určuje vývoj společenstev a environmentální historii: Variabilita (+ obecně produktivita) přísunu/dostupnosti zdrojů potravy. Variabilita druhového složení, četností a síly interakcí, ve společenstvu. Jak je to u bakterií??? Variabilita základních abiotických faktorů. Variabilita v čase a prostoru. Kontrola: Za nedostatku top-down, jinak bottom-up.

Vztah populace ke koncentraci substrátu: Jak je to s tím uhlíkem?? Vztah k S OLIGOKARBOFILNÍ KOPIOTROFNÍ Původ AUTOCHTONNÍ ALLOCHTONNÍ Růst na mediích Nukultivovatelné Kultivovatelné Viable / nonculturable Viable / culturable VBNC Charakteristiky: K nízká vysoká /u-max nízká vysoká V-max nízká vysoká Vyhrává/kontroluje nízké S vysoké S K -spec. r - spec. Heterotrofní metabolismus bakterií: Autotrofní je ZATÍM ve vnitrozemských vodách považován za relativně nevýznamný, tedy kromě Cyanobakterií. Bakteriální produkce primární partikulace TOC (Link or Sink?) Nespecifický a specifický C-org. Kometabolismus xenobiotik vyžaduje nespecifické substráty.. Heterotrofní metabolismus: Heterotrofní metabolismus (katabolický): RESPIRACE: Respirace aerobní: TEA kyslík jako O 2. Respirace anaerobní: TEA kyslík v molekule anorg. sloučeniny NO3, SO4, = respirace nitrátu, sulfátu, FERMENTACE: Donor i akceptor e je C-org.

Respirace nitrátu: NO3 > NO2 běžná schopnost DENITRIFIKACE: NO 3 > > (NO, N 2 0) > N 2 DNRA disimilativní redukce na NH 4 NO 3 > > NH 4 Asimilativní redukce NO 3: NO 3 > > NO> (NOH)> NH 2 OH> NH 3 Další viz 6. Dusík. Cyklus dusíku klasické schéma Fixace N-org (NH 2 ) Amonifikace N 2 NH 4 N2 O Nitrifikace Respirace nitrátu Denitrifikace NO 3 Cyklus dusíku nová klasika Fixace N 2 N2 O Respirace NO3, NO2, Denitrifikace (dále viz Dusík) N-org (NH 2 ) Nitrifikace NO 3 Amonifikace NH 4 DNRA DNRA systémy s nadbytkem Corg. Respirace nitrátu: Anoxické prostředí. V agregátech (konsorciích) při positivní koncentraci O2 v systému. V půdě ztráta/škoda, ve vodě se považuje za positivní. Snížení přísunu C-org. a odpojení od nivy a hyporheálu snížení podmínek pro denitrifikaci v řece. NO3 paradox. Thiobacillus denitrificans: autotrofní, denitrifikuijící, produkce H 2 SO 4. Respirace sulfátu Striktně anerobní. SRB - Málo kmenů, specialisti: Desulfovibrio, Desulfomonas >> acetát. Desulfotomaculum > CO2 Substráty: mastné kys., pyruvát, acetát, laktát. Další viz DUSÍK.

SRB Sulfát jako TEA: Chemolithotrofní (Thiobacillus apod.) Pak už jen fermentace Základní předpoklad: Fermentace jsou energeticky positivní jen je-li odčerpáván vodík. 4H 2 + > CH 4 + H 2 O Methanogeneze při [H 2 ] > 1 µmol Methanogeneze vs. Desulfurikace v akvatických ekosystémech: Desulfovibrio má vyšší afinitu k H 2 i k acetátu než methanogeni, ale je limitováno TEA, čili SO 2-4. Kdo vítězí? Sladké vody limitace SO 2-4, METANOGENEZE. Moře nadbytek SO 2-4, DESULFURIKACE. ALE: Methanogeneze z trimethylaminu, Methan a C1 Metanogeneze (obligátně anaerobní archaebacteria): 4 H 2 + CH 4 + 2 H 2 O G o, = - 130,7 kj TEA : Také heterotrofně acetát, laktát, formiát. Methan a C1 Metanotrofie: CH 4 + O 2 MM CH 3 OH CH 3 OH HCHO HCOOH + H 2 O (MM methane mooxygenase aerobní kometabolismus TCE)

Methan a C1 Metylotrofie (CO a C1 sloučeniny): Aerobně (Pseudomonas carboxyflava): CO + H 2 O + H 2 2 H 2 + O 2 2 H 2 O Anaerobě (metanogenní b): CO + 3H 2 CH 4 + H 2 O EMISE do atmosféry: Methan: 81-86% biogenní, 50% mokřady a rýžová pole. CO: Abiotická fotochemická oxidace methanu a C1 a spalování (1 : 1). Destrukce CO: abiotická v atmosféře, biotická v půdě. N 2 O : nitrifikace, denitrifikace. Skleníkový efekt, destrukce ozónu. Oxidace H 2 (chemoorganotrofové): Mikrob : Pseudomonas facilis Paracoccus denitrificans TEA: O 2 NO - 3 Desulfovibrio SO 4 Methanobacterium Autotrofové jsou důležití! Phototrophy Light Source of Energy Chemical +H2O Source of -H2O +Organic C Electrons Oxygenic Photosynthesis Anoxygenic Photosynthesis Anaerobní / aerobní Heterotrophy Chemotrophy +O2 Terminal -O2 e - acceptor +Inorganic compounds Chemolithotrophy (Chemoautotrophy) Aerobic Heterotrophy Anaerobic Heterotrophy Oxidace anorganických sloučenin malý zisk energie Go' (kj/mol) HS + H + + ½ O 2 S o +H 2 0-203 S o +½ O 2 + H 2 0 SO 2-4 + 2H + -589 NH 4 + 1 ½ O 2 -+ 2H + H 2 0-260 - + ½ O 2 NO 3 - -76 H 2 + ½ O 2 H 2 0-238 Fe 2+ + H + + 1/4O 2 Fe 3+ + ½ H 2 0-71 Aerobní oxidace glukózy -2823 kj mol -1 Brock text book Chemolithotrofie Zdroj E NH 4 NO 3 S 2-, S, S 2 O 3 SO 2-4 Fe 2+ Fe 3+ H 2 H 2 O, CO Zdroj C Nitrosomonas Nitrobacter. Thiobacillus spp. Th. ferrooxidans Leptothrix, Sphaerotilus, Gallionella Hydrogenomonas, <Desulfovibrio, Paracoccus>

Thiobacillus Příště: METODY