Нитрификация: аммиак или аммоний?

zena72

Есть такое явление в природе- нитрификация. Это окисление хитрыми бактериями аммиака до нитритов и далее до нитратов. Понятно, что в воде, в зависимости от рН существует некое соотношение NH3/NH4+. Вопрос: что вступает непосредственно в реакцию окисления- аммоний или сначала от него надо оторвать протон?
2 NH3 + 3 O2 → 2 NO2- + 2 H2O + 2 H+
или
NH4+ + 2O2 → NO2- + 2H2O ?

fhfoihjkjhgjy

В википедии считают, что именно аммиак, поскольку "реакция не идет в кислой среде".
В статьях (биохимики лучше подскажут) часто упоминают NH4+ в качестве субстрата.
Есть источник, где приводятся данные по зависимости уровня активности бактерий от pH (хотя при этом сами же авторы упоминают, что изменение pH может быть связано с изменением соотношения бактерии/субстрат).
 ссылка

Из данных можно сделать вывод, что окисляется все-таки NH4+, поскольку при таких pH (7-8 аммиак все-таки должен существовать в протонированной форме.
Утверждать не буду.

zena72

данные по зависимости уровня активности бактерий в зависимости от pH
рискну предположить, что здесь имеется в виду наличие в среде удобоваримого субстрата- амииака или аммония, ибо есть зависимость их взаимного соотношения от рН и температуры:

zena72

Что-то мне подсказывает, что от такой конструкции перед реакцией протон таки оторваться должен:

fhfoihjkjhgjy

В статье, которую я привел, данные именно по зависимости активности от pH.
Поскольку бактерии активны в основном при pH = 7-8, то субстратом для них является NH4+.
Или мы опять не поняли друг друга?
UPD: Понял, тебя интересует сам механизм реакции (ты просто написал схемы). Сходу ответить не могу, необходима ли депротонизация аммония перед окислением.

ploder

если честно, очень сложно судить об этом
то, что "реакция не идет при кислых рН", ровным счетом ничего не говорит о механизме процесса. эффективное значение рН внутри активного центра фермента может существенно отличаться от рН внешней среды. например, я работала с ферментом, который сам себя умел накачивать кислородом, и в результате в активном центре концентрация кислорода была выше его растворимости в рабочем буфере.
ну так вот, чтобы наверняка знать, в какой форме субстрат вступает в реакцию, нужно проводить детальное кинетическое исследование, понять, по какому механизму идет катализ: электрофильному/нуклеофильному, а может, там просто прямой перенос электронов проходит? в идеале нужно иметь трехмерную структуру фермента, который связывает аммиак/аммоний в цепи превращений до нитрита
что-то мне подсказывает, что конкретных ферментный комплекс, который осущствляет нитрификацию, еще не описан.
поэтому можно только предполагать, и лично я считаю равновероятными возможности того, что процесс начинается со связывания аммоний или со связывания амииака.

ploder

тут протон конечно будет отрываться на какой-либо стадии
но далеко не факт, что на самой первой :)

ploder

то, что "реакция не идет при кислых рН", ровным счетом ничего не говорит о механизме процесса
ну это конечно не совсем верно
из рН зависимости можно делать выводы о том, какие аминокислотные остатки принимают участие в катализе реакции, но это обычно верно для одного конкретного фермента и не дает 100% гарантии правильности предположений
а уже про нитрификацию, где, как пить дать, в процессе участвует с десяток разных ферментов, вообще трудно что-либо предполагать )
дико извиняюсь за кайзи-стайл

zena72

Поскольку бактерии активны в основном при pH = 7-8, то субстратом для них является NH4+
думаю, это может быть не совсем верным. Диапазон рН может иметь только физиологическое значение для активности бактерий, но субстратом будет один фиг аммиак. Да, его мало- по моей таблице его при рН 8 меньше 5%. Может я и ошибаюсь. Вот и хочу прояснить.

zena72

что-то мне подсказывает, что конкретных ферментный комплекс, который осущствляет нитрификацию, еще не описан.
во! в этом направлении и буду копать интернеты

olga58

там скорее всего комплекс имидазол-Н-аммиак. а с другой стороны какой-нибудь гем.

Yakoffsax

надо посчитать механизм, делов-то

fhfoihjkjhgjy

Да, его мало- по моей таблице его при рН 8 меньше 5%
Мы точно на одну и ту же таблицу смотрим? Слева аммоний у тебя, так? Его при pH =8 около 95%.
 
Диапазон рН может иметь только физиологическое значение для активности бактерий, но субстратом будет один фиг аммиак.

Это уже вопрос механизма. Как тут верно объяснили, в среде может быть аммоний, но ферменты могут работать только с аммиаком (собственно, повторяю твое предложение). Поэтому бактерии, возможно, аммоний предварительно "нейтрализуют" до аммиака (хотя среда вокруг бактерий обогащена аммонием).

elenakozl

Связать в активном центре фермента маленький и незаряженный аммиак сложнее заряженного аммония, поэтому скорее всего связывается аммоний. Затем в процессе протекания катализа аммоний, по-видимому, активируется под воздействием аминокислотного остатка-основания и превращается в аммиак, который и вступает в реакцию.

zena72

короче, моё предположение оказалось верным:
Процесс нитрификации осуществляется нитрифицирующими бактериями и локализован на цитоплазматической и внутрицитоплазматических мембранах. Ему предшествует поглощение NH4 + и перенос его через ЦПМ (цитоплазматическую мембрану- ЛВ) с помощью медьсодержащей транслоказы.


Видно, что в активный центр фермента идёт депротонированная молекула аммиака.

По- русски: аммиакмонооксигеназа катализирует окисление аммиака до гидроксиламина, гидроксиламиноксидоредуктааза катализирует его окисление до нитрита. Дальше неинтересно.
Так что вроде выходит, что в клетку попадает NH4+, ибо его в среде дохренища (по моему графику- около 95% а в активный центр фермента- NH3. Где-то в цитоплазме происходит депротонирование аммония.

rbee1983

надо посчитать механизм, делов-то

Гыгы, ну посчитай, коли просто :)

Yakoffsax

Гыгы, ну посчитай, коли просто
сколько платишь и много ли там начальных данных?

GaliaFo

Сходу ответить не могу, необходима ли депротонизация аммония перед окислением.
Необходима. Электроны неподеленной пары аммиака будут переходить к окислителю. В аммонии только сигма связи, а отрыв атома водорода (что соответствует окилению) от аммония будет более энергозатратным, чем отрыв электрона от неподеленной пары аммиака.
Оставить комментарий
Имя или ник:
Комментарий: