Due to the complicated procedures f

Due to the complicated procedures for measuring intracellular pH and cation concentrations, experimental work to support this hypothesis is very limited. A study carried out using the methanogen strain Methanolobus taylorii has shown that most of the energy in the A^h+ of the methanogen cell is accounted for by its large Ay (i.e., the outside of the cell is more positively charged); its ApH is therefore small or even negative (Jeris and McCarty, 1965). The study discovered that for the methanogen strain Methanolobus taylorii, the negative ApH allows it to grow with a near-neutral cytosol even when the external pH is above 7. The active extrusion of potassium by this methanogen was suggested as a mechanism by which it increases its Ay, thereby allowing it to grow with a low or negative ApH (Wolin and Miller, 1982, Koster, 1986).
Following the diffusion of ammonia into cell, at least two possible mechanisms of ammonia toxicity have been postulated (Kadam and Boone, 1996):
1. The direct inhibition of the activity of cytosolic enzymes by un-ionized ammonia. Kadam and Boone (1996) studied the active level of three ammonia-assimilating enzymes (glutamate dehydrogenase, glutamine synthetase, and alanine dehydrogenase) in three methanogen species of the family Methanosarcinaceae. The results showed diversified enzymatic responses in different species towards a high concentration of ammonia in the growth media, which implied variable tolerances to ammonia between the three species.
2. Free NH3 enters into the cells and the lower intracellular pH causes the conversion of part of this into ammonium (NH4+), absorbing protons in the process. The cells must then consume energy in proton balancing, using a potassium (K+) pump to maintain the intracellular pH, thus increasing maintenance energy requirements, and potentially causing inhibition of specific enzyme reactions (Gallert et al., 1998, Sprott et al., 1984, Whittmann et al., 1995). Also when the cell is exposed to high ammonia and the potassium (K+) pump cannot keep up with the accumulated NH4+ inside cells, intracellular pH cannot be maintained; this therefore might be the cause of toxicity (Sprott and Patel, 1986). In a study conducted by Sprott et al. (1984) using pure culture Methanospirillum hungatei exposed to ammonia in a K+ free buffer. It was observed that the methanogen lost up to 98% of the cytoplasmic K+ through an ammonia/K+ exchange reaction. The experiment also suggested that additions of NH4OH or various NH4+ salts (or methylamine) were most effective in causing K+ depletion in a media of alkaline pH (i.e. containing a higher proportion of the unionised form free ammonia), suggesting that NH3was the active chemical species crossing the cell membrane and causing toxicity. Other essential cytosolic cations such as Mg2+ and Na+have also been reported to be affected in the same way by ammonia (Kadam and Boone, 1996). Based on the findings of these studies, it is reasonable to speculate that high ammonia could also affect the uptake of essential trace elements required for cell function and thereby cause micro-nutrients deficiency.
Either way, it is understandable that high pH and high total ammonia concentration could exert their toxicities synergistically. At higher pH values, a larger fraction of total ammonia is unprotonated, i.e. in the form of free ammonia (at 35°C, about 1.1% at pH 7 but almost 53% at pH 9, calculated according to equation 2-26). Also, if bacteria growing at a higher pH establish a more negative ApH to maintain a near-neutral cytosol, then the potential toxicity due to NH4+ accumulation would also be greater.

Kết quả (Việt) 1:

Do các thủ tục phức tạp để đo độ pH nội bào và nồng độ cation, các công việc thử nghiệm để hỗ trợ cho giả thuyết này là rất hạn chế. Một nghiên cứu được thực hiện bằng cách sử dụng sự căng thẳng methanogen Methanolobus taylorii đã cho thấy rằng đa số năng lượng trong A ^ h + trong tế bào methanogen là chiếm bởi Ay lớn của nó (tức là, bên ngoài của các tế bào hơn tích điện dương); ApH của nó là do đó nhỏ hoặc thậm chí tiêu cực (Jeris và McCarty, 1965). Nghiên cứu phát hiện ra rằng cho sự căng thẳng methanogen Methanolobus taylorii, ApH tiêu cực cho phép nó để phát triển với một thích gần Thái độ trung lập ngay cả khi độ pH bên ngoài là trên 7. Đùn kali bởi methanogen này, hoạt động đã được đề xuất như là một cơ chế bởi mà nó làm tăng Ay, do đó cho phép nó để phát triển với một ApH thấp hoặc tiêu cực (Wolin và Miller, 1982, Koster, 1986).Sau sự khuếch tán của amoniac vào tế bào, ít nhất hai cơ chế có thể của ngộ độc amoniac đã là tiên đoán (Kadam và Boone, 1996):1. sự ức chế trực tiếp của các hoạt động của các enzym cytosolic bởi un-ion hóa amoniac. Kadam và Boone (1996) học cấp ba enzyme đồng hóa amoniac (glutamate dehydrogenase, glutamine synthetase và alanine dehydrogenase), hoạt động trong ba methanogen loài trong họ Methanosarcinaceae. Kết quả cho thấy phản ứng enzym đa dạng ở các loài khác nhau đối với nồng độ cao của amoniac trong phương tiện truyền thông phát triển, mà ngụ ý biến dung sai cho amoniac giữa ba loài.2. miễn phí NH3 nhập vào các tế bào và độ pH nội bào thấp gây ra việc chuyển đổi của một phần của điều này vào amoni (NH4 +), hấp thụ proton trong tiến trình. Các tế bào sau đó phải tiêu tốn năng lượng trong proton cân bằng, bằng cách sử dụng một máy bơm kali (K +) để duy trì độ pH nội bào, do đó tăng nhu cầu năng lượng bảo trì, và có khả năng gây ra sự ức chế của các phản ứng enzym cụ thể (Gallert và ctv, 1998, Davis và ctv., 1984, Whittmann et al., 1995). Cũng khi tế bào được tiếp xúc với cao amoniac và bơm kali (K +) không thể theo kịp với các tích lũy NH4 + bên trong tế bào, độ pH nội bào không thể duy trì; Điều này do đó có thể là nguyên nhân gây ra độc tính (Davis và Patel, 1986). Trong một nghiên cứu thực hiện bởi Davis và ctv (1984) bằng cách sử dụng tinh khiết văn hóa Methanospirillum hungatei tiếp xúc với amoniac trong một K + bộ đệm miễn phí. Nó được quan sát thấy rằng methanogen mất lên đến 98% của các tế bào chất K + thông qua một amoniac / K + trao đổi phản ứng. Các thử nghiệm cũng đề nghị bổ sung NH4OH khác nhau NH4 + muối (hoặc methylamine) đã hiệu quả nhất trong việc gây ra K + sự suy giảm trong một phương tiện truyền thông của kiềm pH (tức là có chứa một tỷ lệ cao của nghiệp đoàn hình thức miễn phí amoniac), gợi ý rằng NH3was hóa chất loài hoạt động qua màng tế bào và gây ra độc tính. Các cation cytosolic thiết yếu như Mg2 + và Na + cũng đã được báo cáo bị ảnh hưởng như vậy bởi amoniac (Kadam và Boone, 1996). Dựa trên những phát hiện của các nghiên cứu này, nó là hợp lý để suy đoán rằng cao amoniac có thể cũng ảnh hưởng đến sự hấp thu của nguyên tố thiết yếu cần thiết cho chức năng tế bào và do đó gây ra thiếu hụt vi chất dinh dưỡng.Dù bằng cách nào, nó là dễ hiểu rằng cao pH và nồng độ cao tất cả amoniac có thể phát huy toxicities của synergistically. Tại giá trị pH cao hơn, một phần lớn của tất cả amoniac là unprotonated, nghĩa là trong các hình thức miễn phí amoniac (tại 35° C, khoảng 1,1% ở pH 7 nhưng hầu như 53% ở pH 9, tính theo phương trình 2-26). Ngoài ra, nếu vi khuẩn phát triển ở một độ pH cao thiết lập một ApH tiêu cực hơn để duy trì một thích gần trung lập, sau đó độc tính tiềm năng do NH4 + tích tụ cũng sẽ lớn hơn.

Kết quả (Việt) 2:

Do các thủ tục phức tạp để đo pH và nồng độ cation nội bào, công việc thử nghiệm để hỗ trợ cho giả thuyết này là rất hạn chế. Một nghiên cứu được thực hiện bằng cách sử dụng các chủng methanogen Methanolobus taylorii đã chỉ ra rằng hầu hết năng lượng trong A ^ h + của tế bào methanogen là chiếm được Ay lớn của nó (tức là, bên ngoài của các tế bào được nhiều điện tích dương); APH của nó là do nhỏ hoặc thậm chí tiêu cực (Jeris và McCarty, 1965). Nghiên cứu phát hiện ra rằng đối với sự căng thẳng của methanogen Methanolobus taylorii, các APH tiêu cực cho phép nó phát triển với một tế bào chất gần như trung tính, ngay cả khi độ pH bên ngoài là trên 7. đùn tích cực của kali của methanogen này đã được đề xuất như là một cơ chế mà theo đó nó làm tăng Ay của nó, do đó cho phép nó phát triển với một APH thấp hoặc âm (Wolin và Miller, 1982, Koster, 1986).
Sau sự khuếch tán của amoniac vào tế bào, ít nhất là hai cơ chế có thể nhiễm độc amoniac đã được mặc nhiên công nhận (Kadam và Boone, 1996):
1. Sự ức chế trực tiếp của các hoạt động của các enzym cytosolic bởi amoniac un-ion hóa. Kadam và Boone (1996) đã nghiên cứu mức độ hoạt động của ba loại enzim ammonia-đồng hóa (glutamate dehydrogenase, glutamine synthetase, và dehydrogenase alanine) trong ba loài methanogen của gia đình Methanosarcinaceae. Kết quả cho thấy phản ứng enzyme đa dạng ở các loài khác nhau đối với một nồng độ cao của amoniac trong phương tiện truyền thông phát triển, mà ngụ ý dung sai biến thành amoniac giữa ba loài.
2. Miễn phí NH3 đi vào các tế bào và nội bào pH thấp gây ra việc chuyển đổi một phần của điều này vào amoni (NH4 +), hấp thụ proton trong quá trình này. Sau đó các tế bào phải tiêu thụ năng lượng trong cân bằng proton, sử dụng kali (K +) bơm để duy trì pH trong tế bào, do đó làm tăng nhu cầu năng lượng duy trì, và có khả năng gây ức chế các phản ứng enzyme cụ thể (Gallert et al., 1998, Sprott et al., 1984, Whittmann et al., 1995). Ngoài ra khi các tế bào tiếp xúc với amoniac cao và kali (K +) bơm không thể theo kịp với sự tích lũy NH4 + trong tế bào, độ pH trong tế bào không thể được duy trì; do đó đây có thể là nguyên nhân gây ra độc tính (Sprott và Patel, 1986). Trong một nghiên cứu được tiến hành bởi Sprott et al. (1984) sử dụng thuần túy văn hóa Methanospirillum hungatei tiếp xúc với amoniac trong một K + đệm miễn phí. Nó đã được quan sát thấy rằng các methanogen bị mất lên đến 98% của các tế bào chất K + thông qua một ammonia / K + phản ứng trao đổi. Các thí nghiệm cũng đề nghị bổ sung của NH4OH hoặc khác nhau NH4 + muối (hoặc methylamine) là hiệu quả nhất trong việc gây ra K + cạn kiệt trong một phương tiện truyền thông của pH kiềm (tức là có chứa một tỷ lệ cao hơn các hình thức công đoàn ammonia miễn phí), cho thấy NH3was các loài hóa hoạt động qua màng tế bào và gây ngộ độc. Cation cytosolic thiết yếu khác như Mg2 + và Na + cũng đã được báo cáo là bị ảnh hưởng trong cùng một cách bởi amoniac (Kadam và Boone, 1996). Dựa trên kết quả của những nghiên cứu này, nó là hợp lý để suy đoán rằng ammonia cao cũng có thể ảnh hưởng đến sự hấp thu của các nguyên tố vi lượng thiết yếu cần thiết cho chức năng tế bào và do đó gây ra tình trạng thiếu vi chất dinh dưỡng.
Dù bằng cách nào, đó là dễ hiểu rằng pH cao và tổng ammonia cao nồng độ có thể gây độc tính của họ hiệp đồng. Tại giá trị pH cao hơn, một phần lớn hơn trong tổng ammonia là unprotonated, tức là ở dạng amoniac miễn phí (ở 35 ° C, khoảng 1,1% ở pH 7 nhưng gần 53% ở pH 9, tính theo phương trình 2-26). Ngoài ra, nếu vi khuẩn phát triển ở pH cao hơn thiết lập một APH tiêu cực hơn để duy trì một cytosol gần trung tính, sau đó độc tính tiềm tàng do NH4 + tích lũy sẽ còn lớn hơn.