Окисление и восстановление соединений железа микроорганизмами. Характеристика основных представителей железобактерий

Круговорот железа в природе происходит за счет жизнедеятельности железобактерий. Они широко распространены в водоемах, содержащих закись железа. Аутотрофные железобактерии используют растворимые закисные соли железа как источник получения энергии для биосинтетических процессов в клетке. Они переводят закисное железо в окисное. Образующийся гидрат окиси железа откладывается в виде чехла в их слизистой оболочке. После отмирания железобактерий образуются болотные или озерные руды. Иногда большое количество железобактерий, находящихся в просветах водопроводных труб, может сужать их. Накапливаясь в водоемах, железобактерии могут вызвать гибель молодняка рыб. Среди железобактерий имеются и гетеротрофные микроорганизмы.

Железо необходимо всем живым организмам. В природе оно существует в органических и неорганических соединениях. Главную роль в круговороте железа в природе играют микробы.

Эти процессы идут по двум каналам: 1) минерализация органических соединений, содержащих железо, при участии гетеротрофных микроорганизмов; 2) окисление восстановленных (закисных) и восстановленных окисных соединений железа.

Минерализацию железосодержащих органических веществ проводят многочисленные гетеротрофные организмы (бактерии, грибы, актиномицеты). Только специфические возбудители — хемолитоавтотрофы — способны осуществлять второй процесс. Это — представители рода Thiobacillus — грамотрицательных аэробных бактерий. Основной процесс, проводимый ими, описывается следующей схемой:

4Fe2+ + 4H+ + O2 → 4Fe3+ +2H2O

Для одних кислотоустойчивых бактерий (выдерживают значения рН, равные 2,5) способность к хемолитотрофному образу жизни (получению энергии за счет окисления ионов закисного железа) убедительно доказана. Таким организмом является представитель тионовых бактерий — Thiobacillus ferrooxidans. Для других «классических» железобактерий (например, Gallionella ferruginea) таких данных нет.

Порядок железобактерий объединяет сборную группу одноклеточных бактерий, способных аккумулировать соединения железа и марганца в результате гетеротрофных процессов. Другие организмы, способные к окислению и восстановлению соединений железа, отнесены к другим порядкам: серобактериям (род Thiobacillus) и нитчатым бактериям (род Leptothrix). Бактерии, отнесенные к порядку железобактерий, разделены на 2 семейства. Многие представители этих семейств обладают своеобразной морфологией и сложным жизненным циклом.