Виноградский Сергей Николаевич

Работа посвящена научной деятельности выдающегося микробиолога Виноградского Сергея Николаевича. ...

Введение
Биография Виноградского С.Н
Научная деятельность:
- Хемосинтез
- Нитрификация
Ученики и последователи
Премия имени С.Н. Виноградского

Огромный вклад в развитие микробиологии внесли русские и советские учёные: И. И. Мечников (1845—1916), Д. И. Ивановский (1863—1920), Н. Ф. Гамалея (1859—1949), Л. С. Ценковский (1822—1887),С. Н. Виноградский (1856—1953), В. Л. Омелянский (1867—1928), Д. К. Заболотный (1866—1929), В. С. Буткевич (1872—1972), С. П. Костычев (1877—1931), Н. Г. Холодный (1882—1953),В. Н. Шапошников (1884—1968), Н. А. Красильников (1896—1973), А. А. Имшенецкий (1905—1992) и др.

Сергей Николаевич был женат на Зинаиде Александровне урожденной Тихоцкой. С которой у него было 4 дочери : Зинаида, Татьяна, Екатерина, Елена. Вне брака у него была еще одна дочь - Зинаида Александровна Рубашкина. Третья дочь, Екатерина Сергеевна пошла по стопам отца , изучала микробиологию и помогала отцу , работала в институте Пастера во Франции.Научная деятельность Сергей Николаевич Виноградский признан один из основателей мировой микробиологии и в частности русской школы общей микробиологии. Оказал сильное влияние на мировую науку своим открытием хемосинтеза . Сформулировал принципы экологической микробиологии применимые к почве . Хемосинтез Хемосинтез (хемилитоавтотрофия) - способ автотрофного питания некоторых (хемосинтезирующих) бактерий и архей. Данный тип питанияоснован на усвоение углекислого газа CO2 за счет окисления неорганических соединений.Полученная при хемосинтезе энергия сначала переводится в энергию макроэнергетических связей АТФ , а затем тратится на синтез органический соединений . Хемолитоавтотрофные организмы : Железобактерии. Окисляют двухвалентное железо до трехвалентного и используют освобожденную энергию на усвоение углерода из углекислого газа или карбонатов:4FeCO3 + O2 + 6H2O → 4Fe(OH)3 + 4CO2↑ + 324 кДжСеробактерии. Окисляют сероводород до молекулярной серы или до солей серной кислоты:2H2S + O2 → 2H2O + 2S + 272 кДжВыделяющаяся в результате свободная сера накапливается в бактериальных клетках в виде множества крупинок. При недостатке сероводорода бесцветные серобактерии производят дальнейшее окисление находящейся в них свободной серы до серной кислоты:2S + 3O2 + 2H2O → 2H2SO4 + 636 кДжНитрифицирующие бактерии . Окисляют аммиак, образующийся в процессе гниеня органических веществ, до азотистой и азотной кислот, которые, взаимодействую я почвенными минералами, образуют нитриты и нитраты.Первый этап осуществляют бактерии Nitrosomonas:2NH3 + 3O2 → 2HNO2 + 2H2O + 662 кДжВторой этап окисления образовавшейся азотистой кислоты осуществляется бактериями Nitrobacter:2HNO2 + O2 ⇔ 2HNO3 + 101 кДжТионовые бактерии. Способны окислять тиосульфаты, сульфиты, сульфиды и молекулярную серу до серной кислоты. Некоторые представители тионовых бактерий являются экстремальными ацидофилами (способны выживать и размножаться при понижении pH раствора вплоть до 2), способны выдерживать высокие концентрации тяжёлых металлов и окислять металлическое и двухвалентное железо и выщелачивать тяжёлые металлы из руд.При окислении серы и тиосульфата Т. denitrificans в анаэробных условиях за счет использования нитратов реакция выглядит так:5S + 6KNO3 + 4NaHCO3 → 2Na2SO4 + 3K2SO4 + 2CO2↑ + 3N2 5Na2SO4 + 8KNO3 + 2NaHCO2 → 2Na2SO4 + 4K2SO4 + 4N2 + CO2↑ + H2OВодородные бактерии. Способны окислять молекулярный водород, являются умеренными термофилами (растут при температуре 50 °C)2H2 + O2 → 2H2O + 235 кДжКарбоксидобактерии близки к водородным бактериям. Карбоксидобактерии окисляют монооксид углерода CO по реакции:25CO + 12O2 + H2O + 24CO2↑ + (CH2O).Метанообразующие бактерии, анаэробны, и условиях осуществят следующую реакцию, в которой углекислый газ служит не только единственным источником углерода, но и конечным акцептором электронов при окислении водорода с образованием метана CH4:4Н2 + CO2 → CH4↑ + 2H2OРаспространение и экологические функции. Хемосинтезирующие организмы (например, серобактерии) могут жить в океанах на огромной глубине, в тех местах, где из разломов земной коры в воду выходит сероводород. Конечно же, кванты света не могут проникнуть в воду на глубину около 3—4 километров. Таким образом, хемосинтетики — единственные организмы на земле, не зависящие от энергии солнечного света. С другой стороны, аммиак, который используется нитрифицирующими бактериями, выделяется в почву при гниении остатков растений или животных. В этом случае жизнедеятельность хемосинтетиков косвенно зависит от солнечного света, так как аммиак образуется при распаде органических соединений, полученных за счёт энергии Солнца. Роль хемосинтетиков для всех живых существ очень велика, так как они являются непременным звеном природного круговорота важнейших элементов: серы, азота, железа и др. Хемосинтетики важны также в качестве природных потребителей таких ядовитых веществ, как аммиак и сероводород. Огромное значение имеют нитрифицирующие бактерии, которые обогащают почву нитратами и нитритами, — форма азота, преимущественно усваиваемая растениями. Некоторые хемосинтетики (в частности, серобактерии) используются для очистки сточных вод.Нитрификация Процесс нитрификация был открыт в середине XIX века Луи Пастером, именно он предположил участие микроорганизмов в этом процессе. И в 1891 году С.Н. Виноградский сумел выделить их , применив для этих целей селективную среду, содержащую только минеральные компоненты (чтобы избежать роста на ней банальных гетеротрофов ). Нитрификация - микробиологический процесс окисления аммиака до азотистой кислоты или ее самой далее до азотной кислоты, что связано либо с получением энергии, либо с защитой от активных форм кислорода, образующихся при разложение периоксида водорода. Процесс протекает в аэробных условиях в почве, а также в природных водах. Часто может вызывать появление в них нитратов в токсичном количестве, так как нитраты активно мигрирующие в растворе соединение азота - происходит их вынос из почвы в расположенные ниже по склону водоемы, что влечет за собой уменьшение коэффициента использования азотных удобрений и эвтрофикацию данных водоемов.Нитрификация проходит в две стадии, которые осуществляются разными микроорганизмами.Окисление аммиака до нитрит-анионаПервая стадия — окисление аммиака до нитрит-аниона, которое осуществляют нитрозные бактерии родов Nitrosomonas, Nitrosococcus и Nitrosospira (ранее выделялись также рода Nitrosolobus, Nitrosovibrio, но сейчас их представители включены в Nitrosospira) по следующему механизму:NH3 + O2 + НАДН2 → NH2OH + H2O + НАД+NH2OH + H2O → HNO2 + 4H+ + 4e−1/2O2 + 2H+ + 2e− → H2OПредполагается, что на первом этапе субстратом является именно аммиак, а не аммоний, поэтому процесс не идёт в кислой среде. Ферментом для первой реакции служит аммиакмонооксигеназа, фермент с очень низкой субстратной специфичностью, окисляющая также метан, оксид углерода, циклогексан, фенол, бензиловый спирт, однако со скоростью на порядки ниже. Гидроксиламин ингибирует работу фермента. В бесклеточных экстрактах восстановителем может служить НАД(Ф)·H, однако в клетке его роль, скорее всего, выполняет один из компонентов дыхательной цепи.Следующую реакцию осуществляет гидроксиламиноксидоредуктаза, расположенная в периплазме. Окислителем в них служит цитохром c, с него электрон передаётся наубихинон и далее в дыхательную цепь, на цитохромоксидоредуктазу и, в конечном итоге, на кислород. При этом запасается энергия в виде трансмембранного протонного потенциала.Образование НАД(Ф)·H для фиксации углекислого газа в цикле Кальвина происходит путём обратного переноса части электронов.Окисление нитрит-аниона до нитрат-аниона Вторая стадия — окисление аниона азотистой кислоты до аниона азотной, производимое нитратными бактериями (почвенный род Nitrobacter и водные Nitrospira, Nitrococcus,Nitrospina).