jernreduserende bakterier

Artikkelstart

Jernreduserende bakterier er bakterier som bruker treverdig jern for å skaffe seg energi.

Faktaboks

Uttale

Mikrobiell jernreduksjon. Mikrobiell dissimilatorisk jernreduksjon.

Jernreduserende bakterier lever i jord, sedimenter og vann hvor det ikke er oksygen tilstede. De finnes både blant vanlige bakterier, for eksempel i slektene Geobacter, Geothrix, Shewanella, Geovibrio, og Fervidicola, og arkebakterier som Pyrobaculum.

Jernreduserende bakterier har evne til metallrespirasjon, slik også noen andre bakterier har. Metallrespirasjon er å bruke metallioner av jern eller mangan i elektrontransportkjeden for å produsere kjemisk energi (ATP). (Se også celleånding.)

Jernreduserende bakterier har sannsynligvis utført reduksjonen av metaller i Jordens tidlige utvikling. Dissimilatorisk jernreduksjon er en meget gammel prosess som er viktig i biogeokjemiske kretsløp, og har deltatt i dannelse av biogene jernmineraler som magnetitt, hematitt og goethitt.

Jernreduserende bakterier kan gi biologisk korrosjon og metylering av kvikksølv.

De jernreduserende bakteriene er forskjellig fra de fra jernoksiderende bakterier (jernbakterier) hvor sistnevnte skaffer seg energi ved å oksidere ferrojern til ferrijern.

Prosess

Som en del av respirasjonen for å skaffe seg energi bruker jernreduserende bakterier treverdig ferrijern (Fe(III)). De bruker for eksempel jernhydroksid (Fe(OH)3) som de reduserer til toverdig ferrojern (Fe(II)):

Fe(OH)3 + e- + 3H+ → Fe2+ + 2H2O (reduksjon)

Jernreduserende bakterier kombinerer reduksjonen av ferrijern med oksidasjon av mange forskjellige typer uorganiske og organiske stoffer. Prosessen blir kalt dissimilatorisk mikrobiell jernreduksjon og finnes i nisjer (habitater) uten oksygen i alle terrestre og akvatiske økosystemer, inkludert hydro- og geotermiske varmekilder.

Jernreduserende bakterier kan utføre hydrogenotrofisk jernreduksjon med oksidasjon av hydrogengass (H2), eller de kan bruke organiske elektronkilder (organoklastisk jernreduksjon, gresk klastos – bryte i stykker).

De kan bruke organiske molekyler (CH2O) som elektron- og protonkilde, en oksidasjon med avgivelse av elektroner hvor karbonet blir oksidert til karbondioksid (CO2). Her er CH2O brukt som formel for organiske molekyler som inneholder karbon (C), hydrogen (H) og oksygen (H). Elektronene og protonene i de organiske molekylene kommer opprinnelig fra vann i fotosyntesen hos planter, planteplankton eller blågrønnbakterier.

CH2O + H2O → CO2 + 4H+ + 4e- (oksidasjon)

Alternativet er at de bruker hydrogen (H2) som elektron- og protonkilde:

2H2 → 4H+ + 4e- (oksidasjon)

Ferrijern (Fe3+, Fe(III)) blir brukt som elektronakseptor og blir redusert ved å motta elektroner og protoner fra en av de to nevnte oksidasjoner :

4Fe(OH)3 + 12H+ + 4e- → 4Fe2+ + 12H2O (reduksjon)

De jernreduserende bakteriene lever på den energien som blir frigitt ved å flytte elektroner nedover en redokspotensialskala.

Jernreduserende bakterier danner et bindeledd i jern redokssyklus mellom ioneformen toverdig ferrojern (Fe2+, Fe(II)) som er vanligst hvis det ikke er oksygen tilstede (anoksisk, anaerobt) eller treverdig ferrijern (Fe3+, Fe(III)) hvis det finnes oksygen (oksisk, aerobt). Disse danner henholdsvis jernhydroksidene Fe(OH)2 og Fe(OH)3. Fe(II) er meget løselig sammenlignet med Fe(III).

En reduksjon vil si å motta elektroner (e-):

Fe3+ + e- → Fe2+

En oksidasjon er å avgi elektroner:

Fe2+ → Fe3+ + e-

Ferrijern danner meget tungtløselige oksider, og utfordringen for de jernredusernde bakteriene er å frakte elektroner til en tungtløselig ekstracellulær elektronakseptor. Det er flere mekanismer som blir brukt for å kunne redusere Fe(III). Geobacter må være i direkte kontakt med Fe(III)-oksidet, mens Geothrix og Shewanella lager sideroforer eller chelater som løser opp Fe(III) og har elektronskyfling over til ferrijern.

Les mer i Store norske leksikon

Kommentarer

Kommentaren din publiseres her. Fagansvarlig eller redaktør svarer når de kan.

Du må være logget inn for å kommentere.

eller registrer deg