Окислительно-восстановительный цикл Fe(II)/Fe(III) в магнетите Fe-метаболизирующих бактерий
Redox cycling of Fe(II) and Fe(III) in magnetite by Fe-metabolizing bacteria. James M. Byrne, Nicole Klueglein, Carolyn Pearce, Kevin M. Rosso, Erwin Appel, Andreas Kappler. Science. 2015. Vol. 347. No 6229. P. 1473–1476.
Микроорганизмы играют роль первичного звена в биогеохимическом цикле железа. Многие бактерии используют Fe в качестве питательного вещества или акцептора (или донора) электронов. Fe(III)-редуцирующие бактерии, такие как Geobacter sulfurreducens, совмещают восстановление Fe(III) с окислением органического вещества или H2 для сохранения энергии, а фототрофные Fe(II)-окисляющие Rhodopseudomonas palustris растут на свету, используя Fe(II) или H2 в качестве донора электронов. Минерал магнетит (Fe3O4), содержащий в своем составе и Fe(II) и Fe(III) в соотношении 1:2, является побочным продуктом метаболизма бактерий. Однако до сих пор было неизвестно, могут ли бактерии с разным метаболизмом обмениваться между собой электронами разновалентного железа при изменении окислительно-восстановительных условий среды. Авторы провели магнитометрические и спектроскопические исследования бактерий R. palustris и выяснили, что они окисляют наночастицы магнетита, используя для этого солнечную энергию. Этот процесс может быть обратимым, если в системе присутствуют анаэробные Fe(III)-редуцирующие бактерии G. sulfurreducens. Результаты исследования показали, что ионы Fe, связанные в кристаллическом магнетите, могут являться как накопителями, так и источниками электронов, в зависимости от условий среды, то есть микрокристаллы магнетита работают подобно аккумулятору. В ходе эксперимента G. sulfurreducens отдавали электроны кристаллам, а R. palustris – забирали их у природного материала. Такой механизм был повторен в течение нескольких циклов, а это означает, что в перспективе биобатареи могут быть многоразовыми.
В.В. Стрекопытов