[{"@context":"http:\/\/schema.org\/","@type":"BlogPosting","@id":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki29\/2021\/11\/26\/exoelektronen-wikipedia\/#BlogPosting","mainEntityOfPage":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki29\/2021\/11\/26\/exoelektronen-wikipedia\/","headline":"Exoelektronen \u2013 Wikipedia","name":"Exoelektronen \u2013 Wikipedia","description":"before-content-x4 Ein Exoelektrogen bezieht sich normalerweise auf einen Mikroorganismus, der die F\u00e4higkeit besitzt, Elektronen extrazellul\u00e4r zu \u00fcbertragen. 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W\u00e4hrend Exoelektrogen der vorherrschende Name ist, wurden andere Begriffe verwendet: elektrochemisch aktive Bakterien, Anoden atmende Bakterien und Elektrogene.[1]  Auf diese Weise exocytierte Elektronen werden nach der ATP-Produktion unter Verwendung einer Elektronentransportkette (ETC) w\u00e4hrend der oxidativen Phosphorylierung produziert.  Die konventionelle Zellatmung erfordert einen letzten Elektronenakzeptor, um diese Elektronen aufzunehmen.  Zellen, die molekularen Sauerstoff (O2) als ihr endg\u00fcltiger Elektronenakzeptor wird beschrieben, dass sie aerobe Atmung verwendet, w\u00e4hrend Zellen, die andere l\u00f6sliche Verbindungen als ihren endg\u00fcltigen Elektronenakzeptor verwenden, als anaerobe Atmung verwendet werden.[2]  Der letzte Elektronenakzeptor eines Exoelektrogens wird jedoch extrazellul\u00e4r gefunden und kann in w\u00e4ssriger L\u00f6sung ein starkes Oxidationsmittel oder ein fester Leiter\/Elektronenakzeptor sein.  Zwei h\u00e4ufig beobachtete Akzeptoren sind Eisenverbindungen (insbesondere Fe(III)-Oxide) und Manganverbindungen (insbesondere Mn(III\/IV)-Oxide).[3][4][5]  Da Sauerstoff ein starkes Oxidationsmittel ist, k\u00f6nnen Zellen dies ausschlie\u00dflich in Abwesenheit von Sauerstoff tun.[6]       (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});after-content-x4Die Nutzung von Exoelektrogenen wird derzeit bei der Entwicklung von mikrobiellen Brennstoffzellen (MFCs) erforscht, die das Potenzial haben, organisches Material wie Belebtschlamm aus der Abwasserbehandlung in Ethanol, Wasserstoffgas und elektrischen Strom umzuwandeln.[1][7]  Abbildung 1. Alternative Elektronentransportkette, um Elektronen zur \u00e4u\u00dferen Membran von . zu bewegen Geobacter Sulfurreducens.W\u00e4hrend der genaue Prozess, bei dem eine Zelle einen extrazellul\u00e4ren Akzeptor reduziert, von Spezies zu Spezies variiert, hat sich gezeigt, dass Verfahren die Verwendung eines Oxidoreduktase-Wegs beinhalten, der Elektronen zu der Zellmembran transportiert, die der \u00e4u\u00dferen Umgebung ausgesetzt ist.[3]  Dieser Weg spaltet sich vom ETC-Weg ab, nachdem der Cytochrom-bc1-Komplex (Komplex III) durch Cytochrome vom c-Typ oxidiert wurde, die Elektronen in Richtung der extrazellul\u00e4ren Seite seiner \u00e4u\u00dfersten Membran statt in Richtung Cytochrom-c-Oxidase (Komplex IV) bewegen sollen.  MtrC und OmcA sind Beispiele f\u00fcr solche Cytochrome vom c-Typ, die endogen in der \u00e4u\u00dferen Membran von gefunden werden Shewanella oneidensis MR-1 ein Gammaproteobakterium, obwohl viele andere Variationen existieren (Abbildung 1).[3][4][5][7][8]       (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});after-content-x4Abgesehen von der Abgabe von Elektronen an einen exogenen endg\u00fcltigen Elektronenakzeptor kann der externe Elektronentransfer anderen Zwecken dienen.  Erstens k\u00f6nnen Zellen Elektronen direkt aufeinander \u00fcbertragen, ohne dass eine Zwischensubstanz erforderlich ist. Pelotomaculum thermopropioncum wurde beobachtet im Zusammenhang mit Methanothermobacter thermautotrophicus durch einen Pilus (externe Zellstrukturen, die bei der Konjugation und Adh\u00e4sion verwendet werden), der als elektrisch leitf\u00e4hig bestimmt wurde.  Zweitens k\u00f6nnen extrazellul\u00e4re Elektronen eine Rolle bei der Kommunikation als Quorum-Signal in Biofilmen spielen.[1]Zus\u00e4tzlich zu S. oneidensis MR-1, wurde bei den folgenden Bakterienst\u00e4mmen ohne exogenen Mediator eine exoelektrogene Aktivit\u00e4t beobachtet: Shewanella putrefaciens IR-1, Clostridium butyricum, Desulfuromonas acetoxidans, Geobacter metallireducens, Geobacter sulfurreducens, Rhodoferax ferrireducens, Aeromonas-Hydrophilie (A3), Pseudomonas aeruginosa, Desulfobulbus propionicus, Geopsychrobacter elektrodiphilus, Geothrix fermentans, Shewanella oneidensis DSP10, Escherichia coli, Rhodopseudomonas palustris, Ochrobactrum anthropisch YZ-1, Desulfovibrio Desulfuricans, Acidiphilium sp.3.2Sup5, Klebsiella pneumoniae L17, Thermincola sp.Stamm JR, Pichia-Anomalie.[1]  Abbildung 2. Vorgeschlagene Methoden des exoelektronischen Elektronentransports: Direkter Transfer, Transfer durch Elektronenshuttle, Transfer durch leitf\u00e4higen Biofilm, Transfer durch leitf\u00e4hige Pili.Es wurde gezeigt, dass reduzierte Oxidoreduktase-Enzyme an der extrazellul\u00e4ren Membran die folgenden Methoden verwenden, um ihre Elektronen auf den exogenen Endakzeptor zu \u00fcbertragen: direkter Kontakt, Pendeln \u00fcber ausgeschiedene Mediatoren, Eisenchelatbildner,[9]  durch einen leitf\u00e4higen Biofilm und durch leitf\u00e4hige Pili (Abbildung 2).  Es besteht jedoch die M\u00f6glichkeit, dass sich diese Methoden nicht gegenseitig ausschlie\u00dfen,[8]  und das verwendete Verfahren kann von den Umgebungsbedingungen abh\u00e4ngen.  Bei niedrigen mikrobiellen Populationsdichten kann die Verwendung von Elektronenshuttles und Chelatbildnern, die durch das Exoelektrogen synthetisiert werden, aufgrund unzureichender Konzentrationen solcher Molek\u00fcle, die f\u00fcr die R\u00fcckgewinnung und Wiederverwendung erforderlich sind, energetisch kostspielig sein.[9]  Unter diesen Umst\u00e4nden w\u00e4re eine direkte \u00dcbertragung bevorzugt;  der Energienutzen w\u00fcrde jedoch den Energiebedarf \u00fcberwiegen, wenn die mikrobielle Gemeinschaft ausreichend gro\u00df ist.       (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});after-content-x4Die direkte Reduktion eines exogenen Akzeptors wird durch den Kontakt zwischen den Oxidoreduktasen der Zelle und dem terminalen Elektronenakzeptor (dh einer Elektrode oder einer externen Metallverbindung) erreicht.  W\u00e4hrend diese Proteine \u200b\u200bvielf\u00e4ltig sind (sowohl membrangebundene als auch l\u00f6sliche Formen annehmen), bieten ihre gemeinsamen Positionen in der \u00e4u\u00dferen Membran oder im Periplasma bei Gram-negativen und Gram-positiven Bakterien einen engen Kontakt f\u00fcr den Elektronentransfer.[10]Dar\u00fcber hinaus erh\u00f6ht die Anwesenheit von Elektronenshuttles die direkte Transferrate dramatisch.[4]  Als Beispiel in Shewanella oneidensis MR-1, der Transport ist durch eine Reihe von Redox- und Strukturproteinen charakterisiert[11]  erstreckt sich von der zytoplasmatischen Membran bis zur \u00e4u\u00dferen Zelloberfl\u00e4che (\u00e4hnlich Abbildung 1).  Flavine werden sezerniert, von denen angenommen wird, dass sie die \u201eL\u00fccke\u201c zwischen Zelloberfl\u00e4chenprotein(en) und dem externen Metall \u00fcberbr\u00fccken, was die Notwendigkeit eines sofortigen Kontakts verringern und den Transfer aus der Ferne erleichtern kann.[9]  Da Cytochrome im Allgemeinen spezifische Oberfl\u00e4chen auf dem Substratmetall erkennen,[10]  l\u00f6sliche Flavine k\u00f6nnen als universelle Br\u00fccke fungieren, die die Elektronenabgabe an eine Vielzahl unterschiedlicher Metallformen und -gr\u00f6\u00dfen erm\u00f6glicht,[4]  die in mikrobiellen Brennstoffzellenanwendungen n\u00fctzlich sein k\u00f6nnen.  Es wurde auch angenommen, dass Flavine an terminale Elektronentransferproteine \u200b\u200bals Co-Faktoren binden, um die Oxidationsraten zu erh\u00f6hen.[11]Im Falle des Geobacter sulferducens, der Elektronentr\u00e4ger Riboflavin wird verwendet;  Der Elektronentr\u00e4ger ist jedoch nicht vollst\u00e4ndig frei l\u00f6slich und kann lose im Biofilm der Kultur gebunden werden, was zu einem hochleitf\u00e4higen Biofilm f\u00fchrt.  Au\u00dferdem, G. Sulferucens produziert elektrisch leitf\u00e4hige Pili (Nanodr\u00e4hte) mit auf seiner Oberfl\u00e4che eingebetteten OmcS-Oxidoreduktase-Enzymen,[12]  Demonstration der Verwendung von mehreren exoelektrogenen Transfermethoden.Bei der Eisenchelatbildung werden unl\u00f6sliche Eisenoxidverbindungen in w\u00e4ssrigen L\u00f6sungen solubilisiert.  Da die Bioverf\u00fcgbarkeit von Eisen knapp ist, sezernieren viele Mikroben eisenchelatisierende Verbindungen, um Eisen f\u00fcr verschiedene zellul\u00e4re Prozesse zu solubilisieren, aufzunehmen und zu sequestrieren.  Bestimmte Exoelektrogene haben gezeigt, dass sie solche Verbindungen f\u00fcr den Elektronentransport nutzen k\u00f6nnen, indem sie Eisen extrazellul\u00e4r l\u00f6slich machen.[10]  und Abgabe an die Zelloberfl\u00e4che oder innerhalb der Zelle.  Die in jedem Stoffwechselweg verwendeten Komponenten sind phylogenetisch vielf\u00e4ltig,[11]  daher k\u00f6nnen einige Chelatbildner Eisen au\u00dferhalb der Zelle reduzieren und als Elektronentransporter wirken, w\u00e4hrend andere Eisen zur membrangebundenen Reduktion an die Zelle liefern k\u00f6nnen.[10]Verweise[edit]^ ein B C D Logan B. (Mai 2009).  \u201eExoelektrogene Bakterien, die mikrobielle Brennstoffzellen antreiben\u201c. Natur Bewertungen Mikrobiologie. 7 (5): 375\u2013383.  mach:10.1038\/nrmicro2113.  PMID 19330018.  S2CID 2560062.^ Willey J.;  et al.  (2011). Prescotts Mikrobiologie.  McGraw-H\u00fcgel.  S. 228\u2013245.  ISBN 978-0-07-337526-7.^ ein B C HartshorneR.;  et al.  (Dezember 2009). “Charakterisierung einer Elektronenleitung zwischen Bakterien und der extrazellul\u00e4ren Umgebung” (PDF). Proceedings of the National Academy of Sciences. 106 (52): 22169\u201322174.  mach:10.1073\/pnas.0900086106.  PMC 2799772.  PMID 20018742.^ ein B C D Baron D. (Oktober 2009). “Elektrochemische Messung der Elektronentransferkinetik durch Shewanella oneidensis MR-1“. Die Zeitschrift f\u00fcr biologische Chemie. 284 (42): 28865\u201328873.  mach:10.1074\/jbc.M109.043455.  PMC 2781432.  PMID 19661057.^ ein B Shi L.;  et al.  (2006). “Isolierung eines hochaffinen funktionellen Proteinkomplexes zwischen OmcA und MtrC: Zwei Au\u00dfenmembran-Dekahem C-Typ Cytochrome von Shewanella oneidensis MR-1“. Zeitschrift f\u00fcr Bakteriologie. 188 (13): 4705\u20134714.  mach:10.1128\/JB.01966-05.  PMC 1483021.  PMID 16788180.^ Logan B. (2008). Mikrobielle Brennstoffzellen.  John Wiley & Sons Inc. S. 4\u20136.  ISBN 978-0470239483.^ ein B Flynn J.;  et al.  (2010). \u201eErm\u00f6glichung unausgeglichener Fermentationen durch die Verwendung von technisch hergestellten Bakterien mit Elektrodenschnittstelle\u201c. MBio, Amerikanische Gesellschaft f\u00fcr Mikrobiologie. 1 (5): 1\u20138.  mach:10.1128\/mBio.00190-10.  PMC 2975363.  PMID 21060736.^ ein B Lovley D. (2008).  “Die Mikrobe elektrisch: Umwandlung von organischem Material in Elektrizit\u00e4t”. Aktuelle Meinung in der Biotechnologie. 19 (6): 1\u20138.  mach:10.1016\/j.copbio.2008.10.005.  PMID 19000760.^ ein B C Richter, Katrin;  Schicklberger, Marcus;  Gescher, Johannes (2012). “Dissimilatorische Reduktion extrazellul\u00e4rer Elektronenakzeptoren in der anaeroben Atmung”. Angewandte und Umweltmikrobiologie. 78 (4): 913\u2013921.  mach:10.1128\/AEM.06803-11.  PMC 3273014.  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