Islom karimov nomidagi toshkent davlat texnika univyersiteti

9-amaliy mashg‘ulot. Sulfid materiallarining bakterial oksidlanishi va ishqorlanish kinetikasi

Ma’lumki, oddiy sharoitlarda, mikroorganizmlar tomonidan energiya manbasi sifatida ishlatiladigan kupgina oksidlanish-tiklanish reaksiyalari juda sekinlik bilan amalga oshadi. Ushbu reaksiyalarga oksidlanmagan temirning oksid darajisaga olib boradigan reaksiyadir. Temir (II) rN 3 –dan kamroq bulganda, deyarli oksidlanmaydi, lekin bakteriyalar ishtirokida oksidlanish tezligi deyarli 200 ming barobarga oshadi.

Temirning oksidlanishida, kislorod akseptor rolini bajaradi, uning oksidlanish reaksiyasi quyidagi turda tasavvur qilish mumkin
Fe²⁺ = Fe³⁺ + e ; (1)
O₂ + 4H⁺ + 4e = 2H₂O ; (2)
4Fe²⁺+4H⁺+O ₂= 4Fe³⁺+2H₂O (3)
Gibbs energiyasining ohirgi rekatsiyasi G = - 38,3 kkal –ga teng, potensiali esa
E= 0,771+0,09 lg(Fe³⁺ / Fe²⁺) (4)
Energetik metabolizm, yoki reaksiyalardagi energiya g‘amlanishi ATF shaklida bulib, A.ferrooxidans xujayralari tomonidan biosintezda iste’mol qilinadi va kimyoviy reaksiyalar tufayli tiklangan kimyoviy moddalarning biologik iste’molga mumkin bulgan, uzgargan makroergik bog‘lar energiyagasiga aylanadi. Ushbu energetik jarayonda, elektronlar donorlari sifatida anorganik modda buladi, jumladan oksidlanmagan temir, akseptor– molekulyar kislorod
Fermentativ kinetika buyicha ma’lum bulgan tadqiqotlar natijasini hisobga olganda, temirning biokimyoviy va biokatalitik oksidlanishini Ingledyuning xemoosmotik nazariyasining asosiy urinlari bilan tushuntirish mumkin. Temirning (II) oksidlanishida elektronlarning birlamchi akseptori sifatida, tarkibida mis bor oqsil-rustitsianin buladi, o‘rN 2 –da stabil holatda bulib, temir bilan uzaro bog‘lanadi. Ushbu oqsil, xujayra membranasining tashqi tomonida, S sitoxromlari bor joyda tiklanadi Keyin elektron sitoxrom zanjiri orqali kislorodga utadi. Kislorodning tiklanishi esa, sitoplazmatik membrananing ichki tomonida amalga oshadi. SHunday qilib, temirning (II) oksidlanish reaksiyasi membrananing tashqi tomonida kechadi, bunda Fe²⁺, N⁺ va O₂ tashqi fazadan keladi, oksidlangan Fe³⁺ va N₂O mahsulotlari uz navbatida tashqariga chiqariladi. Fe³⁺ fermentlar bilan bog‘lanib, xelat moddalar holida eritmaga qaytadi, uning bir qismi parchalanib ketadi, 50% foizga yaqini esa, eritmada nisbiy zaryadlangan birikma sifatida qoladi.
Sitoxrom zanjiridan temirdan kislorodga elektronlar utkazilish vaqtida proton potensiali paydo bulib, ikkita utgan elektronga, ATF –ning bir molekulasini sintezlash uchun etarli energiya ajralib chiqadi. Buning uchun lozim bulgan Eh (oksidlanish-tiklanish potensiali) ulchami 0,33 V teng bulishi kerak. Kislorod tiklanadigan membrananing ichki tomonida, O₂/H₂O juftligining potensiali 0,5, rN 5...6-da esa 0,89 V–ga teng, shu vaqtning uzida, membrananing tashqi tomonida rN 2 bulib, potensial 0,22 V tashkil etadi. Ushbu farqlanish, rN gradientining asosida paydo buladi va 0,12 V –da xujayraning nafas olish zanjiridan utadi.
Shunday qilib, bakteriyalar tomonidan Fe²⁺oksidlanishi natijasida ishlatiladigan energiyaning asosiy qismi ATF-fazali reaksiyaning xemoosmotik N⁺ionlarining utishi natijasida paydo buladi, uning utishi rN gradienti, membrana yoki proton potensiali bilan ta’minlanadi. Temirning oksidlanishi natijasida, sitoplazmatik membrananing ichki tomonidagi protonning sarflanishi, xujayraning ichki muhiti rN –ni ishqorlab, rN –ni 5,5...6 –ga olib keladi, quyidagi reaksiya buyicha
2Fe²⁺ + 0,5O₂+2H⁺ = 2Fe³⁺ +H₂O (5)
Sitoplazmatik membrananing tashqi tomonida temirning (II) oksidlanishi o’tadi (rasm 5.3.2.), bunda elektronlar sitoxrom tizimi buylab membranadan xujayra ichiga utib, undagi kislorod, elektronlarni qabul qilib, suv holatigacha oksidlanadi va paydo buladigan energiya ATF sinteziga sarflanadi, ATF esa uz navbatida bakteriyalar tomonidan karbonat angidridining ushlanib, xujayraning usishi va xemosintez jarayoniga ishlatiladi. Oltingugurt sulfid minerallarining tarkibiga kirib S^2- holatida buladi. Sulfidlarning bakterial oksidlanishida, sulfidli oltingugurtning elementli oltingugurt shakliga kirish uchun, sulfid yuzaning elektrokimyoviy oksidlanish reaksiyasi kechadi va bakteriyalar ta’siri ostida oksidlanish ruy beradi, masalan:
FeS₂ + Fe₂(SO₄)₃ = 3FeSO₄+2S (6)
sulfidooksidaza va polisulfidooksidaza fermentlari ishtirokida. YAna shuningdek, ushbu oltingugurtning bakteriyalar yordamida oksidlanishi ATF generatsiyasi bilan bog‘liq.
Oksidlanish natijasida paydo bulgan elementli oltingugurt, sulfid minerallarining, masalan arsenopirit, pirit, pirrotin, xalkopirit va h., yagona qattiq mahsuloti buladi. Elementli oltingugurt, ishqorlanish natijasida, alohidagi agregatlar holatida, pulpa tarkibiga utadi va bunga qushimcha, minerallar yuzasini ham qoplaydi. Ushbu oltingugurtda mineral xujayralarning adgeziyasi ruy beradi va ularning bevosita aloqasi bilan, uni sulfat-ionlar holatigacha oksidlashadi. YAxshi oksidlanadigan minerallar, masalan pirrotinning, bakterial oksidlanishida, kup miqdorda elementli oltingugurt paydo bulishini hisobga olish kerak, va o‘, A. thiooxidans bakteriyalari uchun yaxshi substrat vazifasini utaydi. SHuning uchun, pulpaning suyuq fazasida, bakteriyalar miqdori 10⁹…10¹⁰ xuj/ml –gacha kupayib ketadi.
Sulfidli oltingugurtning umumiy bakterial oksidlanish loyihasi, quyidagicha kurinishga ega buladi:
S^2-  S^o_  SO₃^2- SO₄^2- (7)
Elementli romb shaklidagi oltingugurt, fermentlar ta’siri ostida oksidlanishi uchun, shunday holatda bulishi kerakki, mikrobli sintezning mahsulotlari - lipidlar va fosfolipidlar yordamida, o‘ erish imkoniyatiga ega bulsin. SHuning uchun, sulfidli oltingugurtning bakterial oksidlanishida, elementli oltingugurtning modifikatsiyasi paydo bulib, lipidlar va fosfolipid sifatidagi organik erituvchilari ta’siri ostida, yaxshi eriydi. Xujayra membranasining tarkibiy qismlari ta’siri ostida yaxshi erigan oltingugurtning modifikatsiyasi, xujayraning periplazmatik joyiga tashib utiladi, va o‘ erda, sitoplazmatik membrananing tashqi tomonida, fermentlar va xujayra invaginatlari ishtirokida oksidlanadi.
Ohirgi ma’lumotlar shuni kursatdiki, sulfid minerallarini oksidlovchi mikroorganizmlar, turlariga qarab, uzlarining shilliq kapsulasida sulfid oltingugurtini, yoki temirni g‘amlashadi.