مهندسی شیمی ایران

مهندسی شیمی ایران

بررسی تفکیکی عملکرد زنجیره تنفسی ازتوباکتر وینلاندی (با اکسیداز‌های انتهایی bd، cbb3 و aa3-like) و اثر آن بر رشد با روش تحلیل موازنه شار

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 دانشجوی ارشد مهندسی شیمی، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران
2 طراحی فرآیند، مهندسی شیمی نفت و گاز، علم و صنعت ایران، تهران، ایران
10.22034/ijche.2026.594997.1633
چکیده
تثبیت نیتروژن (دیازوتروفی) در باکتری‌های هوازی به دلیل حساسیت آنزیم نیتروژناز به اکسیژن بسیار چالش برانگیز است. در این پژوهش، عملکرد سیستم تنفسی ازتوباکتر وینلاندی و اثر آن بر رشد، تثبیت نیتروژن و حفاظت تنفسی از نیتروژناز با بازسازی دو مدل (تنفس و رشد) و استفاده از تحلیل موازنه شار بررسی شدند. شبیه-سازی سیستم تنفسی، افزایش بازده انرژی به‌ترتیب با اکسیدازهای انتهایی bd،cbb3 و aa3-like را نشان داد. در شبیه-سازی‌ رشد روی سوکسینات (mmol gDW⁻¹ h⁻¹ 5/3) و در بین اکسیدازها، مسیر bd منجر به کمترین رشد (h⁻¹ 125/0) و بیشترین مصرف اکسیژن (mmol gDW⁻¹ h⁻¹ 168/6) گردید، درحالی‌که بیشترین رشد (h⁻¹ 157/0) و کمترین مصرف اکسیژن (mmol gDW⁻¹ h⁻¹ 608/4) با مسیر aa3-like بود. مصرف بالاتر اکسیژن در مسیر bd، باعث رشد کمتر ولی حفاظت بیشتر از آنزیم نیتروژناز می‌شود. در چارچوب قیود مدل، تفاوت عملکرد اکسیدازهای انتهایی حاصل موازنه میان مصرف اکسیژن، بازده انرژی‌زایی و دسترسی شبکه به کربن و عوامل احیاکننده است.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Functional Breakdown of Azotobacter vinelandii Respiratory Chain (with Terminal Oxidases bd, cbb₃, and aa₃-like) and its Effect on Growth using Flux Balance Analysis

نویسندگان English

Raheleh Ahmadi 1
Fereshteh Naeimpoor 2
1 M.Sc. Student in Chemical Engineering, Iran University of Science and Technology, Tehran, Iran
2 School of Chemical Petroleum and Gas Engineering, Iran University of Science and Technology, Tehran, Iran
چکیده English

Biological nitrogen fixation (diazotrophy) in aerobes is an issue due to the sensitivity of nitrogenase enzyme to oxygen. In this study, the respiratory system of Azotobacter vinelandii and its effects on growth, nitrogen fixation, and respiratory protection of nitrogenase were investigated by reconstructing two models (respiratory and growth) and applying flux balance analysis. Simulation of the respiratory system revealed a progressive increase in energy-conservation efficiency across the terminal oxidases in the order of bd, cbb₃, and aa3-like. In growth simulations performed with succinate uptake constrained at 3.5 mmol gDW⁻¹ h⁻¹, the bd pathway resulted in the lowest specific growth rate (0.125 h⁻¹) and the highest oxygen uptake rate (6.168 mmol gDW⁻¹ h⁻¹). In contrast, activation of the aa3-like pathway yielded the highest specific growth rate (0.157 h⁻¹) and the lowest oxygen uptake rate (4.608 mmol gDW⁻¹ h⁻¹). The elevated oxygen consumption associated with the bd pathway led to reduced growth rate while enhancing respiratory protection of nitrogenase. Within the constraints of the model, the distinct performance of the terminal oxidases reflects a trade-off among oxygen consumption, energy-conservation efficiency, and the availability of carbon substrates and reducing equivalents within the metabolic network.

کلیدواژه‌ها English

Azotobacter vinelandii
respiratory system
metabolic model
flux balance analysis
electron transport chain

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 20 مهر 1405