鎢酸鹽對超嗜熱古細菌硝酸鹽還原的影響

加利福尼亞大學的研究人員展開了一項對鎢酸鹽（tungstate）對超嗜熱古細菌Pyrobaculum aerophilum的硝酸鹽還原的影響的研究。P.aerophilum是一種超嗜熱的古生物，既可以在低量的氧氣下呼吸，也可以以硝酸為電子受體進行厭氧呼吸。在厭氧生長條件下，硝酸鹽通過反硝化途徑被還原為分子氮。

這項研究表明，嗜熱菌需要金屬氧離子WO₄^2-來實現其在酵母提取物、蛋白腖和硝酸鹽作為碳和能量來源的厭氧生長。加入1μM MoO₄^2-並不能代替WO₄^2-促進嗜熱菌的生長。

然而，在培養基中加入100μM的MoO₄^2-，細胞生長被完全抑制。在較低的鎢酸鹽濃度（0.3μM及以下），亞硝酸鹽在培養基中積累。在較高的WO₄^2-濃度（<0. μM）下，亞硝酸鹽的積累被抵消。

對硝酸鹽、亞硝酸鹽和一氧化氮還原酶進行了高溫酶測定。所有三種反硝化途徑的酶的大部分活性都定位在細胞質膜上，表明它們參與了細胞的能量代謝。這項研究記錄了第一個關於鎢酸鹽對極度嗜熱的古生物的反硝化過程的影響的例子。證明了在高濃度情況下，嗜水菌的硝酸鹽還原酶的合成會發生。

鎢是一種微量元素，可以刺激各種微生物的生長。除了一些甲基營養體，大多數從鎢添加中獲得營養的生物體都是嚴格的厭氧菌。這些生物包括細菌，如某些產乙酸的梭菌、嗜酸桿菌、脫硫弧菌、乙醯丙酸桿菌和嗜熱細菌。

此外，各種古菌也受益於鎢的補充，包括一些產甲烷的物種和極端嗜熱菌Thermococcus litoralis和Pyrococcus furiosus。這些微生物中的大多數也可以在不添加鎢酸鹽的培養基中生長。然而，在培養基中加入金屬鹽後，生長產量或某些酶的活性會大大改善。加利福尼亞大學的研究人員最近對鎢在生物系統中的作用和鎢酶的特性進行了研究。

超嗜熱古細菌Pyrobaculum aerophilum生長的最適溫度為100℃，與其嚴格的厭氧、硫磺還原的親屬不同，嗜熱菌利用硝酸鹽和低分壓的氧氣（氣相中0.6至1%的O2）作為生長的電子接受體，其硝酸鹽還原是通過反硝化途徑進行的。

為了研究鎢酸鹽對嗜熱菌用硝酸鹽進行厭氧呼吸的能力可能產生的影響，研究人員使用不同濃度進行了生長研究。在嗜熱菌中增加該金屬鹽的量，導致還原酶的特異性活性下降，表明這種酶可能是一種含鉬還原酶。因此，嗜熱菌在高鎢水準下用硝酸鹽呼吸的能力可能反映了該生物體通過一種尚不清楚的機制適應高鎢環境。

在低濃度下生長的細胞中，與硝酸還原酶活性增加相一致的是培養基中亞硝酸鹽的積累。這種亞硝酸鹽的積累並不是由於這些條件下亞硝酸還原酶的缺失或水準降低，因為在不同濃度下生長的細胞中，亞硝酸還原酶的活性是恒定的。

超嗜熱古細菌的亞硝酸鹽還原酶已被證明對底物和終端產品都有抑制作用，因此被認為是反硝化途徑中的限速步驟。鎢酸鹽是否以某種方式調節嗜熱菌的反硝化途徑酶的活性或合成還不清楚，還有待進一步的研究。

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