Анаеробне окислення амонію

Анаеробне окислення амонію або anammox — біохімічний процес окислення іону амонію нітрит-аніоном мікроорганізмами за анаеробних умов. Цей процес служить джерелом енергії для фіксації вуглекислого газу. Процес описаний у наступних родів бактерій: Brocadia, Kuenenia, Anammoxoglobus, Jettenia, Scalindua, всі вони відносяться до планктоміцетів (Planctomycetaceae).

Можливість такого процесу передбачив у 1977 році австрійський хімік Енгельберт Брода, практично процес відкритий у 1986 році в анаеробних реакторах очисної станції компанії «Gist Brocades» (зараз — DSM) у Делфті. Зараз розроблена промислова технологія очищення стічних вод від сполук азоту за допомогою бактерій, що здійснюють анаеробне окислення амонію. Так, у Роттердамі (Нідерланди) була побудована і запущена перша очисна станція на її основі. Важливими достоїнствами даної технології є зменшення викидів CO₂ в атмосферу на 85-90 % в порівнянні з традиційними методами, а також відносна дешевизна.

Біохімія процесу

Загальне рівняння реакції анаеробного окислення амонію:

NH₄⁺ + NO₂^- → N₂ + 2H₂O.

У бактерій, що здійснюють цей процес, існує велика вакуоль, що займає до 2/3 об'єму клітини і називається анамоксисомою.

Першим етапом є відновлення нітриту при участі нітритредуктази до NO. Потім ферментом гідрозингидролазою NO відновлюється амонієм до гідрозину (N₂H₄). Анаеробне окислення амонію — єдиний біологічний процес, в ході якого утворюється гидрозин. Згодом фермент гідрозиноксидоредуктаза окисляє гидрозин до N₂. Окислювачем при цьому служить новий нітрит-аніон, що відновлюється на першій стадії. Електрони до нього переносяться по короткому електронтранспортному ланцюгу, локалізованому в мембрані анамоксисоми. Перенесення супроводжується транспортом через мембрану протонів (іонів водню), а отриманий електрохімічний потенціал на мембрані використовується АТФ-синтазою для утворення АТФ.

Бактерії, що здійснюють процес, є автотрофами, фіксація CO₂ проводиться у них за ацетил-КоА-шляху. Швидкість росту цтх організмів украй низька: на подвоєння біомаси йде близько двох тижнів.

Умови протікання реакцій

Ферменти анаеробного окислення амонію функціонують за температурами від 6 до 43°C і pH від 6,7 до 8,3 з оптимумом 8,0. За оптимальними умовами швидкість процесу може досягати 55 мкмоль NH₄⁺ на грам гідрозінгідролази за хвилину. Окислення амонію інгибуєтся молекулярним киснем у конценраціх всього в 0,5 % від атмосферної.

Послиання

• Anammox.com (англ.)