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Effects of electron transport inhibitors and uncouplers on the oxidation of ferrous iron and compounds interacting with ferric iron in Acidithiobacillus ferrooxidans

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Abstract:

Oxidation of Fe2+, ascorbic acid, propyl gallate, tiron, L-cysteine, and glutathione by Acidithiobacillus ferrooxidans was studied with respect to the effect of electron transport inhibitors and uncouplers on the rate of oxidation. All the oxidations were sensitive to inhibitors of cytochrome c oxidase, KCN, and NaN3. They were also partially inhibited by inhibitors of complex I and complex III of the electron transport system. Uncouplers at low concentrations stimulated the oxidation and inhibited it at higher concentrations. The oxidation rates of Fe2+ and L-cysteine inhibited by complex I and complex III inhibitors (amytal, rotenone, antimycin A, myxothiazol, and HQNO) were stimulated more extensively by uncouplers than the control rates. Atabrine, a flavin antagonist, was an exception, and atabrine-inhibited oxidation activities of all these compounds were further inhibited by uncouplers. A model for the electron transport pathways of A. ferrooxidans is proposed to account for these results. In the model these organic substrates reduce ferric iron on the surface of cells to ferrous iron, which is oxidized back to ferric iron through the Fe2+ oxidation pathway, leading to cytochrome oxidase to O2. Some of electrons enter the uphill (energy-requiring) electron transport pathway to reduce NAD+. Uncouplers at low concentrations stimulate Fe2+ oxidation by stimulating cytochrome oxidase by uncoupling. Higher concentrations lower Δp to the level insufficient to overcome the potentially uphill reaction at rusticyanin-cytochrome c4. Inhibition of uphill reactions at complex I and complex III leads to Δp accumulation and inhibition of cytochrome oxidase. Uncouplers remove the inhibition of Δp and stimulate the oxidation. Atabrine inhibition is not released by uncouplers, which implies a possibility of atabrine inhibition at a site other than complex I, but a site somehow involved in the Fe2+ oxidation pathway.Key words: Acidithiobacillus ferrooxidans, electron transport, uncouplers, uphill electron transport pathway.

L'oxydation du Fe2+, de l'acide ascorbique, du propyl gallate, du tiron, de la L-cystéine et du glutathion par Acidithiobacillus ferrooxidans fut étudiée en s'intéressant à l'impact des inhibiteurs du transport d'électrons et des découplants sur la vitesse d'oxydation. Toutes les oxydations étaient sensibles aux inhibiteurs de la cytochrome c oxydase, au KCN et au NaN3. Elles furent également inhibées par des inhibiteurs du complexe I et du complexe III du système de transport d'électrons. Des concentrations faibles de découplants ont stimulé l'oxydation et ceux-ci l'ont inhibée à des concentrations élevées. Les vitesses d'oxydation du Fe2+ et de la L-cystéine inhibées par des inhibiteurs du complexe I et III (amytal, roténone, antimycin A, myxothiazol et HQNO) ont été davantage stimulées par des découplants que les vitesses témoins. L'atabrine, un antagoniste des flavines, a constitué une exception et les activités d'oxydation inhibée par l'atabrine de tous ces composés furent inhibées davantage par des découplants. Nous proposons un modèle pour la voie de transport d'électrons chez A. ferrooxidans afin de s'accorder avec ces résultats. Dans le modèle, ces substrats organiques réduisent le fer ferrique sur la surface des cellules en fer ferreux qui est oxydé en retour en fer ferrique à travers la voie d'oxydation du Fe2+ menant à la cytochrome oxydase et à l'O2. Certains électrons entrent dans la voie de transport d'électrons ascendante (nécessitant de l'énergie) pour réduire le NAD+. Les basses concentrations de découplants stimulent l'oxydation du Fe2+ en stimulant la cytochrome oxydase par découplage. Des concentrations supérieures réduisent le Δp jusqu'à un niveau insuffisant pour surmonter la réaction potentiellement ascendante à la rusticyanine-cytochrome c4. L'inhibition des réactions ascendantes au complexe I et au complexe III mène à l'accumulation du Δp et à l'inhibition de la cytochrome oxydase. Les découplants éliminent l'inhibition du Δp et stimulent l'oxydation. L'inhibition par l'atabrine n'est pas éliminée par les découplants, ce qui suggère une inhibition possible par l'atabrine à un site autre que le com plexe I mais d'une certaine façon impliqué dans la voie d'oxydation du Fe2+.Mots clés : Acidithiobacillus ferrooxidans, transport d'électrons, découplants, voie inverse de transport d'électrons.[Traduit par la Rédaction]

Document Type: Research Article

Publication date: 2005-08-01

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  • Published since 1954, this monthly journal contains new research in the field of microbiology including applied microbiology and biotechnology; microbial structure and function; fungi and other eucaryotic protists; infection and immunity; microbial ecology; physiology, metabolism and enzymology; and virology, genetics, and molecular biology. It also publishes review articles and notes on an occasional basis, contributed by recognized scientists worldwide.
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