Активное сопротивление меди: Активные и индуктивные сопротивления линии

Содержание

Учет температуры при расчете активного сопротивления

Согласно ГОСТ 28249-93 «Короткие замыкания в электроустановках. Методы расчета в электроустановках переменного тока напряжением до 1 кВ.» [1], п.1.5.:

1.5. При расчетах токов КЗ рекомендуется учитывать:
…
2) изменение активного сопротивления проводников короткозамкнутой цепи вследствие их нагрева при КЗ;
…

КЗ – короткое замыкание.

При этом в приложении 2 приводится следующая формула для расчета изменения удельного сопротивления при повышении температуры:

где

ρ_Θ и ρ_Θ_норм — удельные сопротивления, Ом×м, материала кабеля при температуре Θ и начальной нормированной температуре Θ_норм (Θ₀).

К сожалению, в ГОСТ отсутствует расшифровка для символа Т, используемого в формуле (2).

Аналогичная методика расчета сопротивления с учетом температуры приводится в РД 153-34.0-20.527-98 «Руководящие указания по расчету токов короткого замыкания и выбору электрооборудования»

[2], п.5.10.6. Увеличение активного сопротивления проводников при КЗ следует учитывать с помощью коэффициента K_Θ:

где R_н – начальное сопротивление проводника;

K_Θ — коэффициент увеличения активного сопротивления проводника, который зависит от материала, а также начальной и конечной температур проводника и определяется по формуле

где Θ_н и Θ_кн – соответственно начальная и конечная температуры проводника;

τ_p — условная температура, равная: для меди τ

p = 234 °С, для алюминия τ_p = 236 °С.

Чтобы привести формулы к одному виду, договоримся, что начальная температура и нормированная температура совпадают Θ_норм = Θ_н = Θ₀. Также, обозначим Θ_кн как Θ.

Очевидно, если в выражение (3) подставить формулы нахождения активного сопротивления проводника (5) и (6):

где L – длина проводника;

S – сечение проводника,

получим выражение, соответствующее формуле (1), в котором величина K_Θ соответствует величине с_Θ; и, следовательно, в (2) и (4) T соответствует τ_p.

Итак, подставим (4) в (3) и перепишем новую формулу, используя введенные обозначения:

где R_Θ – активное сопротивление проводника с учетом изменения температуры, Ом;

R_н – начальное (нормированное) активное сопротивление проводника, Ом;

Θ₀ и Θ – соответственно начальная и конечная температуры проводника, °С;

τ_p — условная температура, равная: для меди τ_p = 234 °С, для алюминия τ_p = 236 °С.

И вот теперь, после согласования методик учета температуры при расчете активного сопротивления проводника по двум нормативным документам [1] и [2], самое время задаться вопросом:

«А что за величина такая — условная температура – используемая в формуле (7)? Какой у нее физический смысл? Где найти подтверждение значениям: для меди tp = 234 °С, для алюминия tp = 236 °С, приведенным в [2]?».

Действительно, ни один из рассматриваемых документов на это ответ не дает. Более того, в [1] эта величина даже не имеет расшифровки.

К счастью, (7) не является единственной формулой расчета активного сопротивления проводника с учетом температуры. Например, ГОСТ Р МЭК 60287-1-1-2009 «Кабели электрические. Расчет номинальной токовой нагрузки. Часть 1-1.» [3], в п.п.2.1.1. приводит следующую формулу:

где R₀ – погонное сопротивление жилы постоянному току при 20 °С, Ом/м;

R’ – погонное сопротивление жилы постоянному току при температуре Θ, Ом/м;

α₂₀ – температурный коэффициент при 20 °С, 1/К.

Температурный коэффициент электрического сопротивления — величина, равная относительному изменению электрического сопротивления участка электрической цепи или удельного сопротивления вещества при изменении температуры на единицу.

Значение температурного коэффициента можно без труда найти в справочнике.

Заменив обозначения в (8) на обозначения, принятые в данной статье, а также умножив левую и правую часть (8) на длину проводника L, получим:

где α_норм – температурный коэффициент материала проводника при нормированной температуре Θ₀, 1/К.

Следует заметить, что в (8) Θ₀ =20 °С.

Теперь, приравняв правые части выражений для расчета активных сопротивлений с учетом температуры (7) и (9), и сократив R_н, получим следующее выражение:

Выразим величину τ_p в выражении (10). Для этого, перенесем 1 в левую часть и умножим левую и правую части уравнения на знаменатель левой части. Получим промежуточное выражение:

Разделим левую и правую части выражения (11) на его левую часть:

и выразим величину τ_p:

Итак, условная температура τ_p численно равна обратному значению температурного коэффициента электрического сопротивления α_норм при нормированной температуре Θ₀= 0 °С. При другом значении нормированной температуры величина условной температуры определяется согласно выражению (13).

Теперь можно проверить, соответствуют ли значения условной температуры и температурного коэффициента, приводимые в [2] и [3] соответственно, друг другу.

Для меди: α_норм = 3,93*10^-31/К, см. [3], табл.1

Для алюминия: α_норм = 4,03*10

-3 1/К, см. [3], табл.1

Исходные и полученные данные об условной температуре сведены в таблицу.

Наименование источника	Θ₀, °С	Медь		Алюминий
Наименование источника	Θ₀, °С	α_норм,1/К	τ_p, °С	α_норм,1/К	τ_p, °С
ГОСТ Р МЭК 60287-1-1-2009, табл.1	20	3,93*10^-3	234	4,03*10^-3	228
РД 153-34.0-20.527-98, п.5.10.4	—	—	234	—	236

К сожалению, в [2] не указано, для какой нормированной температуры приведена условная температура материалов. Будем считать, что Θ₀ =20 °С.

Из таблицы видно, что справочные данные значений условной температуры отличаются для алюминия, а значит, и результаты расчетов активных сопротивлений с учетом температуры будут отличаться. Следует заметить, что в интернет содержится много сайтов со справочными значениями температурных коэффициентов, отличающихся от приведенных в таблице. Возникает законный вопрос: «Какие значения использовать в расчетах?». На это можно ответить только одно – все значения, используемые в расчетах, подлежат проверке. В данном случае, точно такие же значения температурного коэффициента есть в справочнике «Электрические кабели, провода и шнуры», 1971 г., под авторством Бачелис Д.С и др.

[4], п.2.1, стр. 81.

В нормативной литературе при расчетах активного сопротивления с учетом температуры используется понятие «условная температура», но при этом не дается определение этому понятию; также, нельзя проверить корректность табличных значений этой величины.
Для расчетов активного сопротивления с учетом температуры рекомендуется использовать формулу (11) из [3] (также, см. формулу (9) данной статьи).
Для перехода от величины температурного коэффициента электрического сопротивления к величине условной температуры можно использовать формулу (13) данной статьи.

Значения температурного коэффициента рекомендуется брать из [3], табл.1.

ГОСТ 28249-93 «Короткие замыкания в электроустановках. Методы расчета в электроустановках переменного тока напряжением до 1 кВ.»
РД 153-34.0-20.527-98 «Руководящие указания по расчету токов короткого замыкания и выбору электрооборудования».
ГОСТ Р МЭК 60287-1-1-2009 «Кабели электрические. Расчет номинальной токовой нагрузки. Часть 1-1.»
Бачелис Д.С. и др. Электрические кабели, провода и шнуры (справочник). Под общ. ред. Н. И. Белоруссова. Изд. 3-е, перераб. М.: «Энергия», 1971.

Эту статью можно обсудить ниже в комментариях или на форуме.

Метод определения удельного электрического сопротивления токопроводящих жил и проводников — Измерения

19 минут назад, ChuninAV сказал:
В ГОСТе не сказано как определять площадь и длину.

Для этого есть ГОСТ 12177-79 «Кабели, провода и шнуры. Методы проверки конструкции».

23 минуты назад, ChuninAV сказал:
Мне интересно мнение и опыт по данному вопросу тех, кто уже сталкивался с подобными вопросами (например, производители кабельной продукции).

Да, мы не производители, но сталкивались с сертификацией кабельной продукции и по применению этих стандартов вопросов не возникало.

24 минуты назад, ChuninAV сказал:
УЭС — это косвенное измерение, а следовательно нужна аттестованная МИ

Методики (методы) измерений, изложенные в документах по стандартизации, принятые до введения в действие приказа Минпромторга России от 15.12.2015 № 4091 «Об утверждении порядка аттестации первичных референтных методик (методов) измерений, референтных методик (методов) измерений и методик (методов) измерений и их применения», аттестованные по ГОСТ Р 8.563-2009 «Государственная система обеспечения единства измерений. Методики выполнения измерений», а также аттестованные или прошедшие метрологическую экспертизу в соответствии с ГОСТ Р 8.563-96 «Государственная система обеспечения единства измерений. Методики выполнения измерений», могут применяться в сфере государственного регулирования обеспечения единства измерений.

Или сочиняйте свою методику на основе этих стандартов и аттестуйте ее.

Удельное сопротивление электротехнических материалов зависит. Удельное сопротивление меди и алюминия для расчетов

Электрический ток возникает в результате замыкания цепи с разностью потенциалов на зажимах. Силы поля воздействуют на свободные электроны и они перемещаются по проводнику. В процессе этого путешествия, электроны встречаются с атомами и передают им часть своей накопившейся энергии. В результате этого их скорость уменьшается. Но, из-за воздействия электрического поля, она снова набирает обороты. Таким образом, электроны постоянно испытывают на себе сопротивление, именно поэтому электрический ток нагревается.

Свойство вещества, превращать электроэнергию в тепло во время воздействия тока, и является электрическим сопротивлением и обозначается, как R, его измерительной единицей является Ом. Величина сопротивления зависит, главным образом от способности различных материалов проводить ток.
Впервые, о сопротивляемости заявил немецкий исследователь Г. Ом.

Для того, чтобы узнать зависимость силы тока от сопротивления, известный физик провел множество экспериментов. Для опытов он использовал различные проводники и получал различные показатели.
Первое, что определил Г. Ом — это то, что удельное сопротивление зависит от длинны проводника. То есть, если увеличивалась длинна проводника, сопротивление тоже увеличивалось. В результате, эта связь была определена, как прямо пропорциональная.

Вторая зависимость — это площадь поперечного сечения. Её можно было определить путем поперечного среза проводника. Площадь той фигуры, что образовалась на срезе и есть площадь поперечного сечения. Здесь связь получилась обратно пропорциональная. То есть чем больше была площадь поперечного сечения, тем меньше становилось сопротивление проводника.

И третья, важная величина, от которой зависит сопротивление, это материал. В результате того, что Ом использовал в опытах различные материалы, он обнаружил различные свойства сопротивляемости. Все эти опыты и показатели были сведены в таблицу из которой видно, различное значение удельной сопротивляемости у различных веществ.

Известно, что самые лучшие проводники — металлы. А какие из металлов лучшие проводники? В таблице показано, что наименьшей сопротивляемостью обладают медь и серебро. Медь используется чаще из-за меньшей стоимости, а серебро применяют в наиболее важных и ответственных приборах.

Вещества с высоким удельным сопротивлением в таблице, плохо проводят электрический ток, а значит могут быть прекрасными изоляционными материалами. Вещества обладающие этим свойством в наибольшей степени, это фарфор и эбонит.

Вообще, удельное электрическое сопротивление является очень важным фактором, ведь, определив его показатель, мы можем узнать из какого вещества сделан проводник. Для этого необходимо измерить площадь сечения, узнать силу тока с помощью вольтметра и амперметра, а также измерить напряжение. Таким образом мы узнаем значение удельного сопротивления и, с помощью таблицы легко выйдем на вещество. Получается, что удельное сопротивление — это в роде отпечатков пальцев вещества. Кроме этого, удельное сопротивление важно при планировании длинных электрических цепей: нам необходимо знать этот показатель, чтобы соблюдать баланс между длинной и площадью.

Есть формула, определяющая, что сопротивление равно 1 ОМ, если при напряжении 1В, его сила тока равняется 1А. То есть, сопротивление единичной площади и единичной длинны, сделанного из определенного вещества и есть удельное сопротивление.

Надо отметить также, что показатель удельного сопротивления напрямую зависит от частоты вещества. То есть от того имеет ли он примеси. Та, добавление всего одного процента марганца увеличивает сопротивляемость самого проводящего вещества — меди, в три раза.

Эта таблица демонстрирует величину удельного электрического сопротивления некоторых веществ.

Материалы с высокой проводимостью

Медь
Как мы уже говорили медь чаще всего применяется в качестве проводника. Это объясняется не только её низкой сопротивляемостью. Медь имеет такие преимущества, как высокая прочность, стойкость к коррозии, легкость в использовании и хорошая обрабатываемость. Хорошими марками меди считается М0 и М1. В них количество примесей не превышает 0,1%.

Высокая стоимость металла и его преобладающая в последнее время дефицитность побуждает производителей применять в качестве проводника алюминий. Также, используются сплавы меди с различными металлами.
Алюминий
Этот металл значительно легче меди, но алюминий обладает большими значениями теплоемкости и температуры плавления. В связи с этим для того, что довести его до расплавленного состояния требуется больше энергии, чем меди. Тем не менее нужно учитывать факт дефицитности меди.
В производстве электротехнических изделий применяется, как правило, алюминий марки А1. Он содержит не более 0,5% примесей. А металл наивысшей частоты — это алюминий марки АВ0000.
Железо
Дешевизна и доступность железа омрачается его высокой удельной сопротивляемостью. Кроме того, она быстро подвергается коррозии. По этой причине стальные проводники часто покрывают цинком. Широко используется так называемый биметалл — это сталь покрытая для защиты медью.
Натрий
Натрий, тоже доступный и перспективный материал, но его сопротивляемость почти в три раза больше меди. Кроме того, металлический натрий обладает высокой химической активностью, что обязывает покрывать такой проводник герметичной защитой. Она же должна защищать проводник от механических повреждений, так как натрий очень мягкий и достаточно непрочный материал.

Сверхпроводимость
В таблице ниже, указано удельное сопротивление веществ при температуре 20 градусов. Указание температуры неслучайно, ведь удельное сопротивление напрямую зависит от этого показателя. Это объясняется тем, что при нагревании, повышается и скорость атомов, а значит вероятность встречи их с электронами тоже увеличится.

Интересно, что происходит с сопротивляемостью в условиях охлаждения. Впервые поведение атомов при очень низких температурах заметил Г. Камерлинг-Оннес в 1911 году. Он охладил ртутную проволоку до 4К и обнаружил падение её сопротивляемости до нуля. Изменение показателя удельной сопротивляемости у некоторых сплавов и металлов в условиях низкой температуры, физик назвал сверхпроводимостью.

Сверхпроводники переходят в состояние сверхпроводимости при охлаждении, и, при этом их оптические и структурные характеристики не меняются. Главное открытие состоит в том, что электрические и магнитные свойства металлов в сверхпроводящем состоянии сильно отличаются от их же свойств в обычном состоянии, а также от свойств других металлов, которые при понижении температуры не могут переходить в это состояние.
Применение сверхпроводников осуществляется, главным образом, в получении сверхсильного магнитного поля, сила которого достигает 107 А/м. Также разрабатываются системы сверхпроводящих линий электропередач.

Виды удельного сопротивления

Так как сопротивление бывает:

активное — или омическое, резистивное, — происходящее от затрат электроэнергии на нагревание проводника (металла) при прохождении в нем электрического тока, и
реактивное — емкостное или индуктивное, — которое происходит от неизбежных потерь на создание всякими изменениями тока, проходящего через проводник электрических полей, то и удельное сопротивление проводника бывает двух разновидностей:

Удельное электрическое сопротивление постоянному току (имеющее резистивный характер) и
Удельное электрическое сопротивление переменному току (имеющее реактивный характер).

Здесь удельное сопротивление 2 типа является величиной комплексной, оно состоит из двух компонент ТП — активной и реактивной, так как резистивное сопротивление существует всегда при прохождении тока, независимо от его характера, а реактивное бывает только при любом изменении тока в цепях. В цепях постоянного тока реактивное сопротивление возникает только при переходных процессах, которые связаны с включением тока (изменение тока от 0 до номинала) или выключением (перепад от номинала до 0). И их учитывают обычно только при проектировании защиты от перегрузок.

В цепях же переменного тока явления, связанные с реактивными сопротивлениями, гораздо более многообразны. Они зависят не только от собственно прохождения тока через некоторое сечение, но и от формы проводника, причем зависимость не является линейной.

Дело в том, что переменный ток наводит электрическое поле как вокруг проводника, по которому протекает, так и в самом проводнике. И от этого поля возникают вихревые токи, которые дают эффект «выталкивания» собственно основного движения зарядов, из глубины всего сечения проводника на его поверхность, так называемый «скин-эффект» (от skin — кожа). Получается, вихревые токи как бы «воруют» у проводника его сечение. Ток течет в некотором слое, близком к поверхности, остальная толщина проводника остается неиспользуемой, она не уменьшает его сопротивление, и увеличивать толщину проводников просто нет смысла. Особенно на больших частотах. Поэтому для переменного тока измеряют сопротивления в таких сечениях проводников, где все его сечение можно считать приповерхностным. Такой провод называется тонким, его толщина равна удвоенной глубине этого поверхностного слоя, куда вихревые токи и вытесняют текущий в проводнике полезный основной ток.

Разумеется, уменьшением толщины круглых в сечении проводов не исчерпывается эффективное проведение переменного тока. Проводник можно утончить, но при этом сделать его плоским в виде ленты, тогда сечение будет выше, чем у круглого провода, соответственно, и сопротивление ниже. Кроме того, простое увеличение площади поверхности даст эффект увеличения эффективного сечения. Того же можно добиться, используя многожильный провод вместо одножильного, к тому же, многожилка по гибкости превосходит одножилку, что часто тоже бывает ценно. С другой стороны, принимая во внимание скин-эффект в проводах, можно сделать провода композитными, выполнив сердцевину из металла, обладающего хорошими прочностными характеристиками, например, стали, но невысокими электрическими. При этом поверх стали делается алюминиевая оплетка, имеющая меньшее удельное сопротивление.

Кроме скин-эффекта на протекание переменного тока в проводниках влияет возбуждение вихревых токов в окружающих проводниках. Такие токи называются токами наводки, и они наводятся как в металлах, не играющих роль проводки (несущие элементы конструкций), так и в проводах всего проводящего комплекса — играющих роль проводов других фаз, нулевых, заземляющих.

Все перечисленные явления встречаются во всех конструкциях, связанных с электричеством, это еще более усиливает важность иметь в своем распоряжении сводные справочные сведения по самым разным материалам.

Удельное сопротивление для проводников измеряется очень чувствительными и точными приборами, так как для проводки и выбираются металлы, имеющие самое низкое сопротивление -порядка ом *10 -6 на метр длины и кв. мм. сечения. Для измерения же удельного сопротивления изоляции нужны приборы, наоборот, имеющие диапазоны очень больших значений сопротивления — обычно это мегомы. Понятно, что проводники обязаны хорошо проводить, а изоляторы хорошо изолировать.

Таблица

Таблица удельных сопротивлений проводников (металлов и сплавов)
Материал провод-ника	Состав (для сплавов)	Удельное сопротивление ρ мом × мм 2 / м
Материал провод-ника	Состав (для сплавов)



	медь, цинк, олово, никель, свинец, марганец, железо и др.
Алюминий


Вольфрам

Молибден

	медь, олово, алюминий, кремний, бериллий, свинец и др. (кроме цинка)

	железо, углерод


	медь, никель, цинк
Манганин	медь, никель, марганец
Константан	медь, никель, алюминий


	никель, хром, железо, марганец


	железо, хром, алюминий, кремний, марганец

Железо как проводник в электротехнике

Железо — самый распространенный в природе и технике металл (после водорода, который металлом тоже является). Он и самый дешевый, и имеет прекрасные прочностные характеристики, поэтому применяется повсюду как основа прочности различных конструкций.

В электротехнике в качестве проводника железо используется в виде стальных гибких проводов там, где нужна физическая прочность и гибкость, а нужное сопротивление может быть достигнуто за счет соответствующего сечения.

Имея таблицу удельных сопротивлений различных металлов и сплавов, можно посчитать сечения проводов, выполненных из разных проводников.

В качестве примера попробуем найти электрически эквивалентное сечение проводников из разных материалов: проволоки медной, вольфрамовой, никелиновой и железной. За исходную возьмем проволоку алюминиевую сечением 2,5 мм.

Нам нужно, чтобы на длине в 1 м сопротивление провода из всех этих металлов равнялось сопротивлению исходной. Сопротивление алюминия на 1 м длины и 2,5 мм сечения будет равно

Где R – сопротивление, ρ – удельное сопротивление металла из таблицы, S – площадь сечения, L – длина.

Подставив исходные значения, получим сопротивление метрового куска провода алюминия в омах.

После этого разрешим формулу относительно S

Будем подставлять значения из таблицы и получать площади сечений для разных металлов.

Так как удельное сопротивление в таблице измерено на проводе длиной в 1 м, в микроомах на 1 мм 2 сечения, то у нас и получилось оно в микроомах. Чтобы получить его в омах, нужно умножить значение на 10 -6 . Но число ом с 6 нулями после запятой нам получать совсем не обязательно, так как конечный результат все равно находим в мм 2 .

Как видим, сопротивление железа достаточно большое, проволока получается толстая.

Но существуют материалы, у которых оно еще больше, например, никелин или константан.

Электрическое сопротивление — физическая величина, которая показывает, какое препятствие создается току при его прохождении по проводнику . Единицами измерения служат Омы, в честь Георга Ома. В своем законе он вывел формулу для нахождения сопротивления, которая приведена ниже.

Рассмотрим сопротивление проводников на примере металлов. Металлы имеют внутреннее строение в виде кристаллической решетки. Эта решетка имеет строгую упорядоченность, а её узлами являются положительно заряженные ионы. Носителями заряда в металле выступают “свободные” электроны, которые не принадлежат определенному атому, а хаотично перемещаются между узлами решетки. Из квантовой физики известно, что движение электронов в металле это распространение электромагнитной волны в твердом теле. То есть электрон в проводнике движется со скоростью света (практически), и доказано, что он проявляет свойства не только как частица, но еще и как волна. А сопротивление металла возникает в результате рассеяния электромагнитных волн (то есть электронов) на тепловых колебаниях решетки и её дефектах. При столкновении электронов с узлами кристаллической решетки часть энергии передается узлам, вследствие чего выделяется энергия. Эту энергию можно вычислить при постоянном токе , благодаря закону Джоуля-Ленца – Q=I 2 Rt. Как видите чем больше сопротивление, тем больше энергии выделяется.

Удельное сопротивление

Существует такое важное понятие как удельное сопротивление, это тоже самое сопротивление, только в единице длины. У каждого металла оно свое, например у меди оно равно 0,0175 Ом*мм2/м, у алюминия 0,0271 Ом*мм2/м. Это значит, брусок из меди длиной 1 м и площадью поперечного сечения 1 мм2 будет иметь сопротивление 0,0175 Ом, а такой же брусок, но из алюминия будет иметь сопротивление 0,0271 Ом. Выходит что электропроводность меди выше чем у алюминия. У каждого металла удельное сопротивление свое, а рассчитать сопротивление всего проводника можно по формуле

где p – удельное сопротивление металла, l – длина проводника, s – площадь поперечного сечения.

Значения удельных сопротивлений приведены в таблице удельных сопротивлений металлов (20°C)

Вещество	p , Ом*мм 2 /2	α,10 -3 1/K
Алюминий	0.0271
Вольфрам	0.055
Железо	0.098
Золото	0.023
Латунь	0.025-0.06
Манганин	0.42-0.48	0,002-0,05
Медь	0.0175
Никель
Константан	0.44-0.52	0.02
Нихром		0.15
Серебро	0.016
Цинк	0.059

Кроме удельного сопротивления в таблице есть значения ТКС, об этом коэффициенте чуть позже.

Зависимость удельного сопротивления от деформаций

При холодной обработке металлов давлением, металл испытывает пластическую деформацию. При пластической деформации кристаллическая решетка искажается, количество дефектов становится больше. С увеличением дефектов кристаллической решетки, сопротивление течению электронов по проводнику растет, следовательно, удельное сопротивление металла увеличивается. К примеру, проволоку изготавливают методом протяжки, это значит, что металл испытывает пластическую деформацию, в результате чего, удельное сопротивление растет. На практике для уменьшения сопротивления применяют рекристаллизационный отжиг, это сложный технологический процесс, после которого кристаллическая решетка как бы, “расправляется” и количество дефектов уменьшается, следовательно, и сопротивление металла тоже.

При растяжении или сжатии, металл испытывает упругую деформацию. При упругой деформации вызванной растяжением, амплитуды тепловых колебаний узлов кристаллической решетки увеличиваются, следовательно, электроны испытывают большие затруднения, и в связи с этим, увеличивается удельное сопротивление. При упругой деформации вызванной сжатием, амплитуды тепловых колебаний узлов уменьшаются, следовательно, электронам проще двигаться, и удельное сопротивление уменьшается.

Влияние температуры на удельное сопротивление

Как мы уже выяснили выше, причиной сопротивления в металле являются узлы кристаллической решетки и их колебания. Так вот, при увеличении температуры, тепловые колебания узлов увеличиваются, а значит, удельное сопротивление также увеличивается. Существует такая величина как температурный коэффициент сопротивления (ТКС), который показывает насколько увеличивается, или уменьшается удельное сопротивление металла при нагреве или охлаждении. Например, температурный коэффициент меди при 20 градусах по цельсию равен 4.1 · 10 − 3 1/градус. Это означает что при нагреве, к примеру, медной проволоки на 1 градус цельсия, её удельное сопротивление увеличится на 4.1 · 10 − 3 Ом. Удельное сопротивление при изменении температуры можно вычислить по формуле

где r это удельное сопротивление после нагрева, r 0 – удельное сопротивление до нагрева, a – температурный коэффициент сопротивления, t 2 – температура до нагрева, t 1 — температура после нагрева.

Подставив наши значения, мы получим: r=0,0175*(1+0.0041*(154-20))=0,0271 Ом*мм 2 /м. Как видите наш брусок из меди длиной 1 м и площадью поперечного сечения 1 мм 2 , после нагрева до 154 градусов, имел бы сопротивление, как у такого же бруска, только из алюминия и при температуре равной 20 градусов цельсия.

Свойство изменения сопротивления при изменении температуры, используется в термометрах сопротивления. Эти приборы могут измерять температуру основываясь на показаниях сопротивления. У термометров сопротивления высокая точность измерений, но малые диапазоны температур.

На практике, свойства проводников препятствовать прохождению тока используются очень широко. Примером может служить лампа накаливания, где нить из вольфрама, нагревается за счет высокого сопротивления металла, большой длины и узкого сечения. Или любой нагревательный прибор, где спираль разогревается благодаря высокому сопротивлению. В электротехнике, элемент главным свойством которого является сопротивление, называется – резистор . Резистор применяется практически в любой электрической схеме.

На практике нередко приходится рассчитывать сопротивление различных проводов. Это можно сделать с помощью формул или по данным, приведенным в табл. 1.

Влияние материала проводника учитывается с помощью удельного сопротивления, обозначаемого греческой буквой? и представляющего собой длиной 1 м и площадью поперечного сечения 1 мм2. Наименьшим удельным сопротивлением? = 0,016 Ом мм2/м обладает серебро. Приведем среднее значение удельного соп ротивления некоторых проводников:

Серебро — 0,016, Свинец — 0,21, Медь — 0,017, Никелин — 0,42, Алюминий — 0,026, Манганин — 0,42, Вольфрам — 0,055, Константан — 0,5, Цинк — 0,06, Ртуть — 0,96, Латунь — 0,07, Нихром — 1,05, Сталь — 0,1, Фехраль — 1,2, Бронза фосфористая — 0,11, Хромаль — 1,45.

При различных количествах примесей и при разном соотношении компонентов, входящих в состав реостатных сплавов, удельное сопротивление может несколько измениться.

Сопротивление рассчитывается по формуле:

где R — сопротивление, Ом; удельное сопротивление, (Ом мм2)/м; l — длина провода, м; s — площадь сечения провода, мм2.

Если известен диаметр провода d, то площадь его сечения равна:

Измерить диаметр провода лучше всего с помощью микрометра, но если его нет, то следует намотать плотно 10 или 20 витков провода на карандаш и измерить линейкой длину намотки. Разделив длину намотки на число витков, найдем диаметр провода.

Для определения длины провода известного диаметра из данного материала, необходимой для получения нужного сопротивления, пользуются формулой

Таблица 1.

Примечание. 1. Данные для проводов, не указанных в таблице, надо брать как некоторые средние значения. Например, для провода из никелина диаметром 0,18 мм можно приблизительно считать, что площадь сечения равна 0,025 мм2, сопротивление одного метра 18 Ом, а допустимый ток равен 0,075 А.

2. Для другого значения плотности тока данные последнего столбца нужно соответственно изменить; например, при плотности тока, равной 6 А/мм2, их следует увеличить в два раза.

Пример 1. Найти сопротивление 30 м медного провода диаметром 0,1 мм.

Решение. Определяем по табл. 1 сопротивление 1 м медного провода, оно равно 2,2 Ом. Следовательно, сопротивление 30 м провода будет R = 30 2,2 = 66 Ом.

Расчет по формулам дает следующие результаты: площадь сечения провода: s= 0,78 0,12 = 0,0078 мм2. Так как удельное сопротивление меди равно 0,017 (Ом мм2)/м, то получим R = 0,017 30/0,0078 = 65,50м.

Пример 2. Сколько никелинового провода диаметром 0,5 мм нужно для изготовления реостата, имеющего сопротивление 40 Ом?

Решение. По табл. 1 определяем сопротивление 1 м этого провода: R= 2,12 Ом: Поэтому, чтобы изготовить реостат сопротивлением 40 Ом, нужен провод, длина которого l= 40/2,12=18,9 м.

Проделаем тот же расчет по формулам. Находим площадь сечения провода s= 0,78 0,52 = 0,195 мм2. А длина провода будет l = 0,195 40/0,42 = 18,6 м.

Вещества и материалы, способные проводить электрический ток, называют проводниками. Остальные относят к диэлектрикам. Но чистых диэлектриков не бывает, все они тоже проводят ток, но его величина очень мала.

Но и проводники по-разному проводят ток. Согласно формуле Георга Ома, ток, протекающий через проводник, линейно пропорционален величине приложенного к нему напряжения, и обратно пропорционален величине, называемой сопротивлением.

Единицу измерения сопротивления назвали Омом в честь ученого, открывшего эту зависимость. Но выяснилось, что проводники, изготовленные из разных материалов и имеющие одинаковые геометрические размеры, обладают разным электрическим сопротивлением. Чтобы определить сопротивление проводника известного длины и сечения, ввели понятие удельного сопротивления — коэффициента, зависящего от материала.

В итоге сопротивление проводника известной длины и сечения будет равно

Удельное сопротивление применимо не только к твердым материалам, но и к жидкостям. Но его величина зависит еще и от примесей или других компонентов в исходном материале. Чистая вода не проводит электрический ток, являясь диэлектриком. Но в природе дистиллированной воды не бывает, в ней всегда встречаются соли, бактерии и другие примеси. Этот коктейль – проводник электрического тока, обладающий удельным сопротивлением.

Внедряя в металлы различные добавки, получают новые материалы – сплавы , удельное сопротивление которых отличается от того, что было у исходного материала, даже если добавка в него в процентном соотношении незначительна.

Зависимость удельного сопротивления от температуры

Удельные сопротивления материалов приводятся в справочниках для температуры, близкой к комнатной (20 °С). При увеличении температуры увеличивается сопротивление материала. Почему так происходит?

Электрического тока внутри материала проводят свободные электроны . Они под действием электрического поля отрываются от своих атомов и перемещаются между ними в направлении, заданным этим полем. Атомы вещества образуют кристаллическую решетку, между узлами которой и движется поток электронов, называемый еще «электронным газом». Под действием температуры узлы решетки (атомы) колеблются. Сами электроны тоже движутся не по прямой, а по запутанной траектории. При этом они часто сталкиваются с атомами, изменяя траекторию движения. В некоторые моменты времени электроны могут двигаться в сторону, обратную направлению электрического тока.

С увеличением температуры амплитуда колебаний атомов увеличивается. Соударение электронов с ними происходит чаще, движение потока электронов замедляется. Физически это выражается в увеличении удельного сопротивления.

Примером использования зависимости удельного сопротивления от температуры служит работа лампы накаливания. Вольфрамовая спираль, из которой сделана нить накала, в момент включения имеет малое удельное сопротивление. Бросок тока в момент включения быстро ее разогревает, удельное сопротивление увеличивается, а ток – уменьшается, становясь номинальным.

Тот же процесс происходит и с нагревательными элементами из нихрома. Поэтому и рассчитать их рабочий режим, определив длину нихромовой проволоки известного сечения для создания требуемого сопротивления, не получается. Для расчетов нужно удельное сопротивление нагретой проволоки, а в справочниках приведены значения для комнатной температуры. Поэтому итоговую длину спирали из нихрома подгоняют экспериментально. Расчетами же определяют примерную длину, а при подгонке понемногу укорачивают нить участок за участком.

Температурный коэффициент сопротивления

Но не во всех устройствах наличие зависимости удельного сопротивления проводников от температуры приносит пользу. В измерительной технике изменение сопротивления элементов схемы приводит к появлению погрешности.

Для количественного определения зависимости сопротивления материала от температуры введено понятие температурного коэффициента сопротивления (ТКС) . Он показывает, насколько изменяется сопротивление материала при изменении температуры на 1°С.

Для изготовления электронных компонентов – резисторов, используемых в схемах измерительной аппаратуры, применяются материалы с низким ТКС. Они стоят дороже, но зато параметры устройства не изменяются в широком диапазоне температур окружающей среды.

Но свойства материалов с высоким ТКС тоже используются. Работа некоторых датчиков температуры основана на изменении сопротивления материала, из которого изготовлен измерительный элемент. Для этого нужно поддерживать стабильное напряжение питания и измерять ток, проходящий через элемент. Откалибровав шкалу прибора, измеряющего ток, по образцовому термометру, получают электронный измеритель температуры. Этот принцип используется не только для измерений, но и для датчиков перегрева. Отключающих устройство при возникновении ненормальных режимов работы, приводящих к перегреву обмоток трансформаторов или силовых полупроводниковых элементов.

Используются в электротехнике и элементы, изменяющие свое сопротивление не от температуры окружающей среды, а от тока через них – терморезисторы . Пример их использования – системы размагничивания электронно-лучевых трубок телевизоров и мониторов. При подаче напряжения сопротивление резистора минимально, ток через него проходит в катушку размагничивания. Но этот же ток нагревает материал терморезистора. Его сопротивление увеличивается, уменьшая ток и напряжение на катушке. И так – до полного его исчезновения. В итоге на катушку подается синусоидальное напряжение с плавно уменьшающейся амплитудой, создающее в ее пространстве такое же магнитное поле. Результат – к моменту разогрева нити накала трубки она уже размагничена. А схема управления остается в запертом состоянии, пока аппарат не выключат. Тогда терморезисторы остынут и будут готовы к работе снова.

Явление сверхпроводимости

А что будет, если температуру материала уменьшать? Удельное сопротивление будет уменьшаться. Есть предел, до которого уменьшается температура, называемый абсолютным нулем . Это —273°С . Ниже этого предела температур не бывает. При этом значении удельное сопротивление любого проводника равно нулю.

При абсолютном нуле атомы кристаллической решетки перестают колебаться. В итоге электронное облако движется между узлами решетки, не соударяясь с ними. Сопротивление материала становится равным нулю, что открывает возможности для получения бесконечно больших токов в проводниках небольших сечений.

Явление сверхпроводимости открывает новые горизонты для развития электротехники. Но пока еще существуют сложности, связанные с получением в бытовых условиях сверхнизких температур, необходимых для создания этого эффекта. Когда проблемы будут решены, электротехника перейдет на новый уровень развития.

Примеры использования значений удельного сопротивления при расчетах

Мы уже познакомились с принципами расчета длины нихромовой проволоки для изготовления нагревательного элемента. Но есть и другие ситуации, когда необходимы знания удельных сопротивлений материалов.

Для расчета контуров заземляющих устройств используются коэффициенты, соответствующие типовым грунтам. Если же тип грунта в месте устройства контура заземления неизвестен, то для правильных расчетов предварительно измеряют его удельное сопротивление. Так результаты расчетов оказываются точнее, что исключает подгонку параметров контура при изготовлении: добавление числа электродов, приводящее к увеличению геометрических размеров заземляющего устройства.

Удельное сопротивление материалов, из которых изготовлены кабельные линии и шинопроводы, используется для расчетов их активного сопротивления. В дальнейшем при номинальном токе нагрузки с его помощью рассчитывается величина напряжения в конце линии . Если его величина окажется недостаточной, то заблаговременно увеличивают сечения токопроводов.

Особенности расчета сетей со стальными проводами

6.12. Особенности расчета сетей со стальными проводами

При небольшой нагрузке линий, когда сечение проводов из цветного металла принимается не по потере напряжения, а из условий механической прочности, может оказаться целесообразным вместо проводов из цветного металла применять стальные провода.

Приведем пример. Передаваемая мощность Р = 25 кВт, расстояние передачи L = 10 км, напряжение U = 6 кВ, cosj = 0,8, D_c_р = 1 м.

Из условий механической прочности наименьшие допустимые сечения проводов для меди – 10 мм², для алюминия – 16 мм².

Найдем ток

Определим потерю напряжения для медных проводов

Для алюминиевых проводов

По допустимой потере напряжения DU% = 8% сечение проводов было бы порядка 2 мм².

Приняв стальной провод, имеющий большую механическую прочность, но худшие электрические характеристики, можно получить более дешевую линию и сэкономить цветной металл, не выходя за пределы допустимой потери напряжения.

Возможные области применения стальных проводов ограничиваются слабонагруженными и не слишком длинными линиями на напряжение 6‑35 кВ и распределительными сетями 380/220 В.

Расчет стальных проводов для постоянного тока ничем не отличается от расчета медных и алюминиевых проводов. Для переменного тока расчет стальных проводов осложняется, вследствие магнитных свойств стали. Активное сопротивление стального провода из‑за поверхностного эффекта и потерь на перемагничивание (гистерезис) значительно больше соответствующего сопротивления медных и алюминиевых проводов и зависит от протекающего тока. Причиной этого является сравнительно сильное магнитное поле, обусловленное большой магнитной проницаемостью стали. Вызываемая сильным переменным магнитным полем ЭДС самоиндукции создает также большое индуктивное сопротивление провода, зависящее от протекающего тока.

Поясним зависимость сопротивлений от тока: магнитная проницаемость стали зависит от степени магнитного насыщения, которая определяется величиной напряженности магнитного поля, пропорциональной току.

Индуктивное сопротивление одной фазы на 1 км трехфазной линии:

или

,
где ‑ внешнее индуктивное сопротивление провода;

‑ внутреннее индуктивное сопротивление провода.

Активное сопротивление стального провода и являются некоторыми функциями тока:

r₀ = f(I)
и

Математическое (точное) выражение этих зависимостей неизвестно, поэтому для определения r₀ и приходится пользоваться опытными кривыми или таблицами, которые дают r₀ и в зависимости от тока или плотности тока в проводе.

По величине активного и индуктивного сопротивлений стальных проводов находится потеря напряжения в линии

Сечение стальных проводов определяют подбором.

Для ориентировки в выборе сечения укажем, что в большинстве случаев плотность тока в проводах получается в пределах 0,5 – 1 А/мм². Можно задаться указанной плотностью тока, по ней определить сечение и подсчитать потерю напряжения.

Таблица удельного сопротивления

000000 48,2 9007

Материал	Удельное сопротивление ρ (Ом · м)		Температура Коэффициент α на градус C	Электропроводность σ x 10 ⁷ / Ом · м	Ref
Серебро 07 73 1,59 x -8	.0038	6,29	3
Медь	1,68	x10 ^-8	.00386	5.95	3
Медь, отожженная	1,72	x10 ^-8	.00393	5,81	2
	.00429	3.77	1
Вольфрам	5.6	x10 ^-8	.0045	1.79	1
Железо	71	x10 ^-8	.00651	1,03	1
Платина	10,6	x10 ^-8	.003927					x10 ^-8	.000002	0,207	1
Свинец	22	x10 ^-8	…	0,45	0,45		98	x10 ^-8	.0009	0,10	1
Нихром (сплав Ni, Fe, Cr)	100	x10 ^-8	.0004	0,10	1	2	000	000	x10 ^-8	…	0,20	1
Углерод * (графит)	3-60	x10 ^-5	-.0005	…	1
Германий *	1-500	x10 ^-3	-.05	…	1
Кремний *	0,1-60	…	-.07	…	1
Стекло	1-10000	x10 ⁹	…	…	1
Кварц (плавленый)	7,5	x10 ¹⁷	…	…	1
Твердая резина	1-100	x10 ¹³	…	…	1

* Удельное сопротивление полупроводников сильно зависит от наличия примесей в материале, что делает их полезными в твердотельной электронике.

Ссылки:

1. Джанколи, Дуглас К., Физика, 4-е изд., Прентис Холл, (1995).

2. Справочник CRC по химии и физике, 64-е изд.

3. Википедия, Удельное электрическое сопротивление и проводимость.

Индекс

Таблицы

Ссылка
Джианколи

Молекулярные основы активных механизмов резистентности к меди у грамотрицательных бактерий

Cell Biol Toxicol.2013; 29 (6): 397–405.

Кинга Бондарчук

Кафедра микробиологии, Факультет биологии и защиты окружающей среды, Силезский университет, Ягеллонская 28, 40-032 Катовице, Польша

Зофия Пиотровска-Сегет

Факультет микробиологии биологии и защиты окружающей среды, Силезский университет, Ягеллоньска 28, 40-032 Катовице, Польша

Кафедра микробиологии, Факультет биологии и защиты окружающей среды, Силезский университет, Ягеллоньска 28, 40-032 Катовице, Польша

Кинга Бондарчук, тел. : + 48-32-2009357, факс: + 48-32-2009361, электронная почта: lp.ude.su@atsyrkk. Автор, ответственный за переписку.

Поступило 8 мая 2013 г .; Принято 16 сентября 2013 г.

Открытый доступ Эта статья распространяется в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution License, которая разрешает любое использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии указания автора (авторов) и источника.

Эта статья цитируется в других статьях в PMC.

Abstract

Медь — это металлический элемент, который имеет решающее значение для клеточного метаболизма; однако в повышенных концентрациях он токсичен для всех живых организмов.Двойная природа меди заставляет организмы, в том числе бактерии, жестко контролировать содержание меди в клетках. Эта проблема привела к развитию сложных механизмов, которые, с одной стороны, позволяют им доставлять необходимый элемент, а с другой — защищать клетки от его токсичности. Такие механизмы были обнаружены как в эукариотических, так и в прокариотических клетках. У бактерий был идентифицирован ряд различных систем, таких как внеклеточная и внутриклеточная секвестрация, ферментативная детоксикация и удаление металлов из клетки, позволяющее им выжить в присутствии высокой концентрации меди.Грамотрицательные бактерии из-за своего дополнительного компартмента должны иметь дело как с цитоплазматической, так и с периплазматической медью. Таким образом, эти бактерии развили сложные и точно регулируемые системы, которые взаимодействуют друг с другом. В этом обзоре обсуждаются активные механизмы сопротивления меди на их молекулярном уровне.

Ключевые слова: CopA, сопротивление меди, Cu ⁺ -ATPase, cue , CueP, cus , мульти-медная оксидаза, pco , RND

Введение

Переходный металл, медь является важным микроэлементом для все организмы, живущие в аэробных условиях (Lee et al.2002). Он необходим в фундаментальных клеточных процессах, таких как окислительное фосфорилирование, фотосинтез и контроль свободных радикалов. Было обнаружено, что атомы меди включены в периплазматические купропротеины и купропротеины внутренней мембраны, например, Cu, Zn-супероксиддисмутазы, цитохром-с-оксидазы и мульти-медные оксидазы (Bannister and Bannister 1987; De la Cerda et al. 1997; Iwata 1998; Nakamura and Go). 2005). В природе медь существует как прочный мягкий металл (Cu ⁺) или пограничный (Cu ²⁺).По этой причине в сайтах связывания меди преобладают аминокислоты, содержащие мягкие (донорные атомы серы) или пограничные (донорные атомы азота) лиганды. Они представлены соответственно цистеином, метионином или гистидином. Белки, использующие медь в качестве кофактора, обладают положительным потенциалом восстановления и участвуют в переносе электронов, транспорте кислорода, а также в окислительно-восстановительных реакциях множества субстратов (Dupont et al. 2011).

Несмотря на то, что медь играет важную роль в биологических процессах, в избытке она высокотоксична.Macomber и Imlay (2009) показали, что медь разлагает железо-серные кластеры дегидратаз за счет замещения железа, вызывая инактивацию этих важнейших ферментов. Кроме того, железо, высвобождаемое из упомянутых кластеров, может впоследствии инициировать реакцию Фентона, которая приводит к окислительному повреждению внутри клетки (Macomber and Imlay 2009).

Из-за своих ядовитых свойств медь используется в медицине, а также в сельском хозяйстве. Он входит в состав антибактериальных средств, альгицидов и пестицидов (Loftin et al.2005). Добавки меди также присутствуют в кормах для животных, поскольку они стимулируют рост. Широкое использование медьсодержащих продуктов привело к длительному воздействию меди на бактериальные клетки. Это, как следствие, привело к отбору устойчивых к меди / толерантных штаммов. Наиболее известные устойчивые к меди бактерии были выделены из бактерий, связанных с растениями, животными и людьми.

Механизмы, участвующие в гомеостазе меди у бактерий

Двойная природа меди представляет собой реальную проблему для живых организмов.Им необходимо задействовать несколько сложных систем, чтобы строго контролировать концентрацию меди в клетках (рис.). Гомеостаз меди требует тонкого баланса между обеспечением необходимыми питательными веществами и предотвращением летального избытка (Puig et al. 2002). Для поддержания этого баланса в бактериальных клетках был идентифицирован ряд процессов, таких как внутри- и внеклеточная секвестрация, ферментативная детоксикация и активный отток. Внеклеточная секвестрация возможна из-за производства экзополисахаридов. Эти соединения связывают ионы меди за счет электростатических взаимодействий и удерживают их вне клетки (González et al.2010). Хотя упомянутые механизмы представляются пассивным и неспецифическим процессом, они могут эффективно защищать бактерии от токсичности тяжелых металлов. Другие механизмы специфически распознают медь и, вероятно, также могут различать Cu (I) и Cu (II). Настоящий обзор посвящен последним механизмам, которые представляют собой специфическую реакцию на повышение концентрации меди. Наиболее изученными медь-чувствительными системами у грамотрицательных бактерий являются cue , cus , pco и cop из Escherichia coli и Pseudomonas syringae pv.помидор соответственно.

Белки, участвующие в устойчивости бактерий к меди. Сокращения: CM, цитоплазматическая мембрана, PS периплазматическое пространство, OM наружная мембрана. Назначение конкретных белков: мультикоппероксидаза (CueO), RND (CusA), MFP (CusB), OMF (CusC), медный шаперон (CusF), ATPase 14 (CopA60) Cue system — система сопротивления первичной меди в E.coli

Две хромосомные системы, названные cue и cus , участвующие в устойчивости к меди, были идентифицированы в E. coli . Система cue (для оттока меди) оказалась основным механизмом, ответственным за сопротивление меди в E . coli как в аэробных, так и в анаэробных условиях (Outten et al. 2001; Rensing and Grass 2003). Эта система содержит CueR — металлорегуляторный белок, реагирующий на медь, который является гомологом MerR.Было показано, что CueR регулирует экспрессию двух генов: cueO и copA (Grass and Rensing 2001; Outten et al. 2001).

Экспрессия последнего гена индуцируется как медью, так и ионами серебра (Rensing et al. 2000). Белок CopA содержит 834 остатка и принадлежит к подсемейству АТФаз, переносящих ионы мягких металлов. Было продемонстрировано, что CopA транспортирует одновалентную Cu из цитоплазмы, и мотив Cys-Pro-Cys (CPC) важен в этом процессе (Fan and Rosen 2002).В подгруппе Cu ⁺ -ATPases транспорт Cu связан с гидролизом АТФ (Raimunda et al. 2011). На основе анализа гидропатии CopA можно выделить восемь трансмембранных (TM) сегментов. В предсказанной модели N-концевая область CopA содержит два цитоплазматических металл-связывающих домена CXXC. Домен фосфатазы расположен между TM4 и TM5. Три других домена, например домены связывания АТФ, фосфорилирования и связывания нуклеотидов, расположены в большой внутриклеточной петле между TM6 и TM7 (Rensing et al.2000). Пока не решена кристаллическая структура этого белка. Однако описана кристаллическая структура другой Cu ⁺ -АТФазы, LpCopA, выделенной из Legionella pneumophila . Он имеет 45% идентичность аминокислотной последовательности с CopA из E. coli и восстанавливает устойчивость к меди у мутанта Δ copA этой бактерии (Kim et al. 2009). ТМ-часть белка (М-домен) образована восемью спиралями (M1 – M6, MA и MB). В пределах M-домена Gourdon et al.(2011) описали новую структуру, названную «платформой». Он образован перегибом второй спирали TM на границе внутренней створки мембраны. Платформа может представлять собой стыковочный узел для доставки меди и / или саморегуляции LpCopA с помощью металлсвязывающего домена. Два мембранных сайта связывания меди (I и II), которые ответственны за транслокацию меди, были обнаружены в M-домене (Gourdon et al. 2011). Gourdon et al. (2011) предложили трехступенчатую модель транспорта меди, опосредованного LpCopA.Согласно этой модели, Cu ⁺ доставляется в сайт входа в платформу (Met148, Glu205 и Asp337), а затем переносится в сайт II в мембране во время перехода E2 в E1. Окклюдированные, высокоаффинные сайты связывания меди I и II могут быть образованы одновременным вращательным сдвигом M4 и конформационным изменением в мотиве CPC. Высвобождение меди из сайтов связывания происходит из-за процесса дефосфорилирования, который лишает сайт связывания важного остатка (Cys382). Затем ион меди можно направлять через внеклеточный сайт выхода (Gourdon et al.2011; Робинсон 2011). Положительно заряженные остатки, локализованные вокруг предполагаемого места входа, обеспечивают электростатические взаимодействия с потенциальным донором меди. Остается неясным, является ли донор меди шапероном, сам связывающий металл домен или и тем, и другим.

Вторым компонентом системы cue является CueO, периплазматическая мульти-медная оксидаза. Этот фермент окисляет Cu (I) до менее токсичного Cu (II) и восстанавливает дикислород до воды посредством четырех стадий одноэлектронного переноса (Djoko et al.2010; Outten et al. 2001; Робертс и др. 2002). Мульти-оксидазы меди обладают тремя типами атомов меди: типом 1 (T1), типом 2 (T2) и двумя типами 3 (T3). Сайт T1 расположен внутри белка и обычно катализирует окисление субстрата, в то время как T2 и два T3 образуют трехъядерный центр (TNC), в котором восстанавливается дикислород. Активность CueO зависит от кислорода, и, следовательно, недостаток этих молекул останавливает реакцию (Outten et al. 2001; Singh et al. 2011). CueO отличается от других оксидаз, содержащих медь, благодаря своей примечательной особенности, т.е.е., дополнительная богатая метионином спираль, которая блокирует доступ растворителя к сайту T1 и формирует дополнительный сайт связывания меди (Singh et al. 2004, 2011). Аналогичная богатая метионином область была также идентифицирована в PcoA в E . coli и CopA в P. syringae (Робертс и др., 2002).

Система Cus

В то время как CopA вытесняет избыток меди из цитоплазмы, CueO и система cus (CusCFBA) участвуют в периплазматической детоксикации меди.Предположительно, ограничение кислорода может препятствовать активности оксидазы, содержащей медь. В этом случае периплазматическая медь может быть удалена с помощью CusCFBA (Outten et al. 2001). Поскольку ионы серебра ингибируют активность CueO, было также высказано предположение, что система cus может функционировать для преодоления отравления Ag (I) системы cue в аэробных условиях (Singh et al. 2011).

CusCFBA был обнаружен в E. coli и, в отличие от других механизмов оттока типа CBA, представляет собой четырехчастную систему, обеспечивающую устойчивость к ионам меди и серебра (Grass and Rensing 2001; Franke et al.2001, 2003). Насосы CBA-типа включают белки, принадлежащие к трем различным группам: вторичные транспортеры внутренней мембраны, обеспечивающие управляемую протонами транслокацию субстрата из цитоплазмы (суперсемейство резистентность – нодуляция – деление клетки, RND), каналы внешней мембраны, экспортирующие субстрат за пределы клетки (семейство факторов внешней мембраны. , OMF), и, наконец, слитые белки периплазматической мембраны (семейство слитых белков мембраны, MFP), соединяющие два компонента, упомянутые выше (Kim et al. 2010).

Система cus содержит четыре белка: CusC, CusB, CusF и CusA.В то время как CusCBA представляет собой феноменальную систему оттока, охватывающую всю оболочку клетки, CusF является периплазматическим шапероном, необходимым для полного сопротивления. Член суперсемейства RND, CusA является гомотримером, состоящим из 1047 остатков (Long et al. 2010). В одиночном мономере 12 трансмембранных спиралей (TM1 – TM12) образуют трансмембранную область, в которой наблюдается псевдодвухкратная симметрия. Периплазматический домен состоит из двух петель: одна между TM1 и TM2, а другая — между TM7 и TM8. Периплазматический домен CusA можно разделить на шесть субдоменов.Четыре субдомена (PN1, PN2, PC1, PC2) составляют домен поры, DN и DC образуют домен CusC-стыковки, а PN1 вносит вклад в центральную пору. Более того, также подтверждено наличие цитоплазматического домена. Предполагается, что CusA может транспортировать медь из периплазмы. В этом пошаговом процессе пять пар или кластеров метионина служат в качестве ретрансляционной сети, позволяющей перемещать металл по белку. Кроме того, субдомены PC1 и PC2 образуют периплазматическую щель, которая, вероятно, открывается при связывании с металлом и закрывается в отсутствие субстрата (Long et al.2010; Su et al. 2011b).

CusB — удлиненная молекула-адаптер, принадлежащая к семейству MFP. Этот белок состоит из четырех различных доменов; первые три из них представляют собой β-цепочечные домены. Четвертый домен представляет собой полностью спиральную область, свернутую в трехспиральную структуру пучка. Кристаллографические исследования показали, что CusB находится в двух разных конформациях. Наблюдаемая гибкость может быть связана с шарниром, расположенным между доменами 2 и 3. Наличие шарнира позволяет переключаться из одного конформационного состояния в другое (Bagai et al.2007; Su et al. 2009 г.).

Кристаллическая структура комплекса CusBA показала, что тримерный CusA взаимодействует с шестью белками CusB. Адаптерные молекулы организованы в непрерывную воронкообразную структуру в верхней части CusA, которая приближается к внешней мембране. Внутренняя часть канала в основном заряжена отрицательно, что связано со связыванием катионов. Таким образом, считается, что CusB, помимо того, что он является адаптерной молекулой, играет роль в активном экспорте Cu. Su et al. (2011a) предположили, что N-концевой участок связывания трехметионина может быть ответственным за транспорт ионов металлов в периплазматическую щель CusA (Su et al.2011а).

Более того, трехспиральный пучок CusB предположительно взаимодействует с CusC. Тримерный CusC, член семейства OMF, закреплен на внешней мембране с помощью трех ацильных цепей (Kulathila et al. 2011). Он образует канал внешней мембраны длиной ~ 130 Å, который состоит из периплазматического α-ствола, β-ствола внешней мембраны и экваториального домена. Внутренняя полость CusC заполнена водой, тогда как внутренняя поверхность ствола имеет электроотрицательный заряд (Kulathila et al.2011).

Четвертый компонент этой тетрачастной системы — периплазматический металло-шаперон CusF, свернутый в небольшую бочку (Loftin et al. 2005). Он взаимодействует с CusB, напрямую передающим Cu. Тогда CusF может играть двойную защитную роль, удаляя избыток меди из периплазмы путем секвестрации и доставляя этот металл в CusCBA, тем самым увеличивая экспорт. Другая возможная роль CusF может быть связана со специальным подбором металлов для предотвращения их нежелательного удаления (Bagai et al.2008; Лофтин и др. 2005, 2009).

Система

pco и ее гомологи

Некоторые бактерии, способные выживать в богатой медью среде, обладают кодируемыми плазмидами оперонами, которые придают устойчивость к этому токсичному соединению. Система pco (плазмидная устойчивость к меди) была обнаружена на конъюгированной плазмиде pRJ1004, выделенной из E. coli , которая находилась в кишечнике свиней, получавших диету с добавлением сульфата меди. Кластер генов pco включает семь генов pcoABCDRSE , которые находятся под контролем двух промоторов, индуцируемых ионами меди (Rouch and Brown 1997; Huffman et al.2002). Введение полной детерминанты pco в чувствительный к меди мутант E. coli Δ copA не повысил уровень толерантности. Таким образом, мутационный анализ показал связь между устойчивостью к меди, кодируемой хромосомами, и плазмидной резистентностью. Система pco требует активности CopA для создания устойчивости. Предположительно, белки, кодируемые в кластере генов pco , ответственны за обработку периплазматической меди, доставляемой CopA из цитоплазмы (Lee et al.2002).

PcoA является мульти-медной оксидазой, отдаленно родственной CueO, но может функционировать как заменитель своего гомолога (Lee et al. 2002). Он состоит из семицепочечного антипараллельного β-цилиндра с богатым метионином сегментом, экспонированным в растворителе. Предполагается, что эта периплазматическая оксидаза вместе с PcoC являются ключевыми белками системы pco . В предложенной модели PcoC связывает периплазматическую Cu (I) и доставляет ее в PcoA для дальнейшего окисления. Другой возможной ролью PcoC может быть транспорт электронов (Huffman et al.2002; Вернимонт и др. 2003 г.). Предполагается, что PcoB является белком внешней мембраны, который потенциально предотвращает поглощение меди и может взаимодействовать с PcoA (Lee et al. 2002; Rensing and Grass 2003). Функция PcoD все еще неизвестна, но может быть связана с поглощением меди внутренней мембраной (Lee et al. 2002). Продукт pcoE не оказывает заметного влияния на сопротивление меди, но сильно индуцируется медью (Lee et al. 2002). В отличие от других генов из кластера pco , pcoE контролируется CusRS (Munson et al.2000). Предположительно, PcoE действует как первичный защитный фактор, обеспечивающий начальную секвестрацию периплазматической меди до того, как будет достигнута полная индукция системы pco (Lee et al. 2002).

Гомологичная плазмидная резистентность к меди была обнаружена у патогена растений — P. syringae pathovar , томат (Silver 1996). Эквивалентная система, индуцируемая медью, кодируется шестью генами copABCDRS , локализованными в плазмиде pPT23D (Cha and Cooksey 1991).Более того, накопление меди в P. syringae достигает впечатляющей черты, которую можно увидеть невооруженным глазом. То есть при воздействии высокой концентрации меди клетки становятся синими и накапливают Cu до 12% от своего сухого веса (Puig et al. 2002). Периплазматический CopA имеет гомологию с оксидазами с множеством медей и содержит мотивы, богатые метионином, гистидином и аспарагиновой кислотой, которые позволяют ему связывать до 11 ионов меди (Cha and Cooksey 1991; Cooksey 1993). Следовательно, активность мультикоппероксидазы, а также высокая способность связывать медь или оба эти свойства CopA вместе могут играть роль в устойчивости к меди.CopB также содержит много остатков метионина; однако способность этого белка внешней мембраны связывать медь пока не доказана (Arnesano et al. 2002; Puig et al. 2002; Zhang et al. 2006). CopC — это растворимый периплазматический шаперон, свернутый в бета-ствол греческого ключа. Он включает два различных, но взаимозависимых сайта связывания со специфическим сродством к Cu (I) и Cu (II) соответственно. Было высказано предположение, что этот белок может быть носителем меди, который взаимодействует с множеством партнеров из-за гибкости двух Cu-связывающих петель.В предложенной модели (Fig.) CopC потенциально может взаимодействовать с CopA, CopB, CopD и CopS — сенсорным белком (Zhang et al. 2006). Восемь трансмембранных сегментов встраивают CopD в плазматическую мембрану. Мутационный анализ показал, что и CopC, и CopD ответственны за накопление меди в цитоплазме; таким образом, CopD может транспортировать важную медь, доставляемую CopC через внутреннюю мембрану в цитоплазму (Cooksey 1993; Arnesano et al. 2002). Медный сайт Т2 и остатки в богатой метионином петле, наблюдаемой в CopC, могут обеспечивать двойную функцию этого белка.В то время как медный сайт Т2 может участвовать во взаимодействиях с CopD для импорта необходимой меди, другие сайты могут обеспечивать взаимодействия с CopA и / или CopB для детоксикации избытка меди (Arnesano et al. 2002). CopS и CopR образуют двухкомпонентный регуляторный модуль, который конститутивно транскрибируется. Предполагается, что CopS будет медным сенсором, который предположительно взаимодействует с CopA или CopC. Этот мембранный сенсор потенциально передает сигнал меди на CopR, который последовательно индуцирует экспрессию оперона cop (Puig et al.2002).

Модель для системы cop в P. syringae pv. Помидор. Сокращения: CM, цитоплазматическая мембрана, PS периплазматическое пространство, OM наружная мембрана. Стрелки указывают предполагаемые взаимодействия между белками (изменено из Puig et al. 2002)

Гены, гомомогенные cop , были идентифицированы на плазмидах и хромосомах других псевдомонад. Было высказано предположение, что кодируемый плазмидой оперон cop произошел от его хромосомного гомолога (Cooksey et al.1990). Необычно для Pseudomonas fluorescens SBW25 оперон cop состоит всего из двух генов copCD и регулируется двухкомпонентной системой CopRS. У этой бактерии CopCD вместе с системой Cue участвуют в гомеостазе меди. Первый активен при низкой концентрации меди в окружающей среде и доставляет ионы металлов в ячейку, тогда как второй действует как экспортер меди при высоких концентрациях меди. Отток меди опосредуется АТФазой P-типа CueA, которая регулируется регулятором Mer-типа, CueR.Этот белок также необходим для активации cueZ , кодирующего медный шаперон. Из-за общего правила cueZ и cueA от CueR, считалось, что CueZ передает медь на CueA. Однако более высокая устойчивость бактерий, лишенных cueZ , предполагает, что основная роль этого шаперона заключается в доставке ионов меди к клеточным купроэнзимам (Zhang and Rainey 2008).

Система cop также была обнаружена в устойчивом к тяжелым металлам Cupriavidus Metallidurans Ch44.Два кластера генов copSRABCD и более крупный copVTMKNSRABCDIJGFLQHE , которые сильно индуцируются медью, локализованы на двух больших плазмидах: мегаплазмиде 2,6 мб и pMOL30 соответственно. Основной оперон copSRABCD кодирует гены, которые гомологичны вышеупомянутым плазмидным системам cop / pco (Monchy et al. 2006; Sarret et al. 2010). Monchy et al. (2006) разделили гены на три группы, т. Е. Ответственные за периплазматическую или цитоплазматическую обработку меди, и третью группу генов с небольшим количеством гомологов или без них (Monchy et al.2006; Sarret et al. 2010).

Было показано, что указанная выше двухкомпонентная регуляторная система CopRS присутствует также у Synechocystis sp. PCC 6803. У этой бактерии CopRS регулирует систему экспорта RND, CopBAC, и белок с неизвестной функцией CopM (Giner-Lamia et al. 2012). Кроме того, в Synechocystis металло-шаперон Atx1 защищает цианобактериальные клетки от вредных побочных реакций меди (Tottey et al. 2012).

Другие системы, участвующие в резистентности к меди

Другой механизм резистентности к меди был обнаружен у патогенов человека и животных Salmonella enterica sv. Тифимуриум . Во время системного заболевания эта бактерия может выдерживать повышенную концентрацию меди в фагосоме макрофагов и выживать в этом компартменте (Osman et al. 2010). Как E . coli , S . enterica сер. Typhimurium содержит систему cue , которая позволяет ему справляться с избытком цитоплазматической меди в аэробных условиях. Интересно, что у этой бактерии явно отсутствует оперон cus .Помимо мульти-медной оксидазы CueO (псевдоним CuiD) и АТФазы CopA P-типа, CueR регулирует экспрессию дополнительного белка — CueP. Кроме того, S . enterica обладает дополнительной Cu-АТФазой P-типа, GolT, кодируемой кластером генов gol , участвующим в устойчивости к золоту. Обе АТФазы Р-типа CopA и GolT, как было обнаружено, снижают накопление меди в клетке, вероятно, за счет активного экспорта меди из цитоплазмы. Дополнительный компонент системы cue , CueP представляет собой периплазматический белок, который способствует устойчивости к меди, особенно в анаэробных условиях.Интересно отметить, что CueP может частично восстанавливать устойчивость к меди у мутантного штамма E. coli Δ cus ; таким образом, он может действовать как замена упомянутой системы. Этот белок связывает периплазматическую медь in vivo и был идентифицирован как один из преобладающих пулов металлов (Osman et al. 2010). Более того, удаление cueP несколько увеличивает содержание меди в клетке. Благодаря этим характеристикам CueP связывает повышенное содержание меди, чтобы избежать ее токсичности в периплазме и / или ограничить возврат меди в цитозоль.CueP-подобные белки кодируются в других грамотрицательных бактериях, включая Yersinia pestis , Yersinia pseudotuberculosis , Yersinia enterocolitica , Citrobacter koseri и Erwinia carotomanon et al., 2010; ).

У другого патогена человека, Vibrio cholerae , не были обнаружены механизмы устойчивости к меди, такие как CueP, а также CueO, CusCFBA. У этой бактерии толерантность к меди определяется copA (VC2215) и cueR (VC0974) (Marrero et al.2012), которые гомологичны генам copA и cueR , обнаруженным в E. coli (Grass and Rensing 2001). В V . cholerae , CopA является основной системой оттока, используемой в аэробных и анаэробных условиях, которая регулируется CueR, который воспринимает медь внутри клетки (Marrero et al. 2012). Помимо CopA, V . cholerae имеет ген, кодирующий другую Cu ⁺ -АТФазу, принадлежащую FixI / CopA2-подобным Cu ⁺ -АТФазам (González-Guerrero et al.2010). Кроме того, Marrero et al. (2012) идентифицировали продукты генов VC2216 и VCA0261-0260, которые необходимы для полной устойчивости к меди V . холеры . Белки, кодируемые упомянутыми генами, гомологичны CopG, узнаваемому в Ralstonia Metallidurans (Monchy et al. 2006) и Cot, обнаруженному в Pseudomonas fluorescens (Tom-Petersen et al. 2001), соответственно. Биоинформатический анализ показал, что CopG и Cot представляют собой периплазматические белки, связывающиеся с металлами; следовательно, они могут составлять компонент альтернативной системы допуска периплазматической меди в V . cholerae (Marrero et al.2012). CopG является предполагаемым купредоксином, а Cot, как предполагается, является связывающим с металлом белком, принадлежащим к суперсемейству тиоредоксин-подобных складок. Предполагается, что функция CopG в периплазматическом пространстве может быть тесно связана с CopA. Как и в случае copA , экспрессия cot , вероятно, регулируется с помощью CueR (Marrero et al. 2012). Марреро и др. (2012) предложили модель механизма допуска меди в V . холеры . Присутствие меди активирует регулятор CueR, который индуцирует экспрессию copA и cot . Транспорт избытка меди из цитоплазмы с помощью CopA-АТФазы коррелирует со сверхэкспрессией белка Cot, который первоначально должен детоксифицировать медь в периплазме. В анаэробных условиях, когда белок Cot теряет свою высокую активность, белок CopG берет на себя основную роль в детоксикации меди. Детальные механизмы взаимодействия с медью периплазматическими белками CopG и Cot еще не изучены (Marrero et al.2012).

Заключительные замечания

Большинство геномов грамотрицательных бактерий кодируют по крайней мере одну Cu ⁺ -АТФазу, которая отвечает за цитоплазматическую детоксикацию меди. Кроме того, АТФазы необходимы для выживания бактерий в организме хозяина. Поэтому в геномах патогенных и симбиотических бактерий были обнаружены дополнительные копии Cu ⁺ -АТФазы. Например, условно-патогенный микроорганизм Pseudomonas aeruginosa обладает двумя гомологичными Cu ⁺ -АТФазами CopA1 и Cop A2 (González-Guerrero et al.2010). Хотя оба белка экспортируют цитоплазматическую медь в периплазму, их функциональные роли различны. Основная роль CopA1, по-видимому, заключается в контроле концентрации Cu ⁺ в цитоплазме, тогда как CopA2, вероятно, обеспечивает загрузку меди в цитохром с оксидазу. Различные роли могут быть связаны с внутренними различиями в кинетике переноса и присутствием предполагаемых периплазматических белков, действующих как шапероны меди, которые доставляют ионы к требующим медь ферментам (González-Guerrero et al.2010).

Отток меди, управляемый АТФазой, по-видимому, является основным механизмом, ответственным за цитоплазматическую детоксикацию меди в до сих пор изученных бактериях. В периплазматической обработке меди участвуют мультиоксидазы меди, металло-шапероны, а также системы RND.

Ссылки

Arnesano F, Banci L, Bertini I, Thompsett AR. Структура раствора CopC: купредоксиноподобный белок, участвующий в гомеостазе меди. Состав. 2002; 10: 1337–1347. DOI: 10.1016 / S0969-2126 (02) 00858-4.[PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
Багай И., Лю В., Ренсинг К., Блэкберн, штат Нью-Джерси, Макэвой М.М. Связанные с субстратом конформационные изменения в периплазматическом компоненте системы оттока Cu (I) / Ag (I). J Biol Chem. 2007. 282: 35695–35702. DOI: 10.1074 / jbc.M703937200. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
Багай И., Ренсинг К., Блэкберн, штат Нью-Джерси, Макэвой М.М. Прямой перенос металла между периплазматическими белками позволяет идентифицировать бактериальный шаперон меди. Биохимия. 2008; 47: 11408–11414. DOI: 10.1021 / bi801638m.[Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
Bannister JV, Bannister WH. Аспекты структуры, функции и применения супероксиддисмутазы. CRC Crit Rev Biochem. 1987; 22: 111–190. DOI: 10.3109 / 104092387038. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
Cha JS, Cooksey DA. Устойчивость к меди у Pseudomonas syringae опосредуется периплазматическими белками и белками внешней мембраны. Микробиология. 1991; 88: 8915–8919. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
Cooksey DA.Поглощение меди и устойчивость бактерий. Mol Microbiol. 1993; 7: 1–5. DOI: 10.1111 / j.1365-2958.1993.tb01091.x. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
Cooksey DA, Azad HR, Cha JR, Lim CK. Гомологи гена устойчивости к меди у патогенных и сапрофитных видов бактерий томата. Appl Environ Microb. 1990; 56: 431–435. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
Де ла Серда Б., Наварро Дж. А., Эрвас М., Де ла Роса М. Изменения в механизме реакции переноса электрона от пластоцианина на фотосистему I у цианобактерий Synechocystis sp .PCC 6803, индуцированный сайт-направленным мутагенезом медного белка. Биохимия. 1997; 36: 10125–10130. DOI: 10.1021 / bi9708601. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
Джоко К.Ю., Чонг LX, Wedd AG, Сяо З. Механизмы реакции мульти-медной оксидазы CueO из Escherichia coli поддерживают ее функциональную роль как оксидазы меди. J Am Chem Soc. 2010; 132: 2005–2015. DOI: 10.1021 / ja
03. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
Dupont CL, Grass G, Rensing C. Токсичность меди и происхождение устойчивости к бактериям — новые идеи и приложения.Металломика. 2011; 3: 1109–1118. DOI: 10.1039 / c1mt00107h. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
Фан Б, Розен Б.П. Биохимическая характеристика CopA, Escherichia coli, Cu (I) -транслокационная АТФ-аза P-типа. J Biol Chem. 2002; 277: 46987–46992. DOI: 10.1074 / jbc.M2084. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
Franke S, Grass G, Dietrich HN. Продукт гена ybdE хромосомы Escherichia coli участвует в детоксикации ионов серебра.Микробиология. 2001; 147: 965–972. [PubMed] [Google Scholar]
Franke S, Grass G, Rensing C., Nies D. Молекулярный анализ системы оттока, транспортирующей медь, CusCFBA Escherichia coli . J Bacteriol. 2003; 185: 3804–3812. DOI: 10.1128 / JB.185.13.3804-3812.2003. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
Гинер-Ламия Дж., Маури-Лопес Л., Рейес Дж. К., Флоренсио Ф. Дж. Двухкомпонентная система CopRS отвечает за устойчивость к меди у цианобактерии Synechocystis sp.PCC 6803. Plant Physiol. 2012; 159: 1806–1818. DOI: 10.1104 / стр.112.200659. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
Гонсалес А.Г., Широкова Л.С., Покровский О.С., Эмнова Е.Е., Мартинес Р.Э., Сантана-Касиано Ю.М. и др. Адсорбция меди на Pseudomonas aureofaciens : защитная роль поверхностных экзополисахаридов. J Colloid Interf Sci. 2010; 350: 305–314. DOI: 10.1016 / j.jcis.2010.06.020. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
Гонсалес-Герреро М., Раймунда Д., Ченг X, Аргуэлло Дж. М..Различная функциональная роль гомологичных АТФаз Cu + оттока у Pseudomonas aeruginosa . Mol Microbiol. 2010; 78: 1246–1258. DOI: 10.1111 / j.1365-2958.2010.07402.x. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
Гурдон П., Лю XY, Скьёрриндж Т., Морт Дж. П., Мёллер Л. Б., Педерсен Б. П. и др. Кристаллическая структура АТФазы PIB-типа, транспортирующей медь. Природа. 2011; 475: 59–65. DOI: 10,1038 / природа10191. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
Грасс Дж., Ренсинг С. Гены, участвующие в гомеостазе меди в Escherichia coli .J Bacteriol. 2001; 183: 2145–2147. DOI: 10.1128 / JB.183.6.2145-2147.2001. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
Huffman DL, Huyett J, Outten FW, Doan PE, Finney LA, Hoffman BM, et al. Спектроскопия Cu (II) -PcoC и множественная медная оксидазная функция PcoA, двух основных компонентов оперона устойчивости к меди Escherichia coli pco . Биохимия. 2002; 41: 10046–10055. DOI: 10.1021 / bi0259960. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
Ивата С. Структура и функция бактериальной цитохром с оксидазы.J Biochem. 1998. 123: 369–375. DOI: 10.1093 / oxfordjournals.jbchem.a021946. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
Ким Э. Х., Шарпантье X, Торрес-Уркиди О., Макэвой М. М., Ренсинг С. Металлический островок оттока Legionella pneumophila не требуется для выживания в макрофагах и амебах. FEMS Microbiol Lett. 2009; 301: 164–170. DOI: 10.1111 / j.1574-6968.2009.01813.x. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
Ким Х.М., Сюй Й., Ли М., Пиао С., Сим Ш., Ха Н.С. и др. Функциональные отношения между областью кончика шпильки AcrA и областью кончика апертуры TolC для формирования бактериального трехстороннего оттока насоса AcrAB-TolC.J Bacteriol. 2010; 192: 4498–4503. DOI: 10.1128 / JB.00334-10. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
Кулатила Р., Кулатила Р., Индик М., Берг Б. Кристаллическая структура Escherichia coli CusC, компонента внешней мембраны откачивающего насоса тяжелых металлов. PLOS One. 2011; 6: 1–7. DOI: 10.1371 / journal.pone.0015610. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
Ли С.М., Грасс Дж., Ренсинг К., Барретт С.Р., Йейтс С.Д., Стоянов Дж. В. и др. Белки Pco участвуют в обработке меди в Escherichia coli .Биохим Биоф Рес Ко. 2002; 295: 616–620. DOI: 10.1016 / S0006-291X (02) 00726-X. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
Loftin IR, Franke S, Roberts SA, Weichsel A, Héroux A, Montfort WR, et al. Новая связывающая медь складка для периплазматического белка устойчивости к меди CusF. Биохимия. 2005; 44: 10533–10540. DOI: 10.1021 / bi050827b. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
Loftin IR, Blackburn NJ, McEvoy MM. Взаимодействие триптофана Cu (I) -π точно регулирует свойства связывания металлов бактериального металло-шаперона CusF.J Biol Inorg Chem. 2009. 14: 905–912. DOI: 10.1007 / s00775-009-0503-у. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
Long F, Su CC, Zimmermann MT, Boyken SE, Rajashankar KR, Jernigan RL, et al. Кристаллические структуры откачивающего насоса CusA предполагают опосредованный метионином транспорт металлов. Природа. 2010; 467: 484–490. DOI: 10,1038 / природа09395. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
Macomber L, Imlay JA. Железосернистые кластеры дегидратаз являются первичными внутриклеточными мишенями токсичности меди.PNAS. 2009; 106: 8344–8349. DOI: 10.1073 / pnas.0812808106. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
Марреро К., Санчес А., Гонсалес Л.Дж., Ледон Т., Родригес-Уллоа А., Кастелланос-Серра Л. и др. Периплазматические белки, кодируемые генами VCA0261-0260 и VC2216 вместе с продуктами copA и cueR , необходимы для устойчивости к меди, но не для вирулентности у Vibrio cholerae . Микробиология. 2012; 158: 2005–2016. DOI: 10.1099 / mic.0.059345-0. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
Монши С., Бенотман М.А., Ваттиз Р., Эльст С., Окуье В., Борреманс Б. и др.Транскриптомный и протеомный анализ устойчивости к меди, кодируемой pMOL30, у штамма Ch44 Cupriavidus Metallidurans . Микробиология. 2006; 152: 1765–1776. DOI: 10.1099 / mic.0.28593-0. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
Munson GP, Lam DL, Outten FW, O’Halloran TV. Идентификация медь-чувствительной двухкомпонентной системы на хромосоме Escherichia coli K-12. J Bacteriol. 2000; 182: 5864–5871. DOI: 10.1128 / JB.182.20.5864-5871.2000. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
Накамура К., Го Н.Функция и молекулярная эволюция многокомпонентных медных белков синего цвета. CMLS Cell Mol Life Sci. 2005; 62: 2050–2066. DOI: 10.1007 / s00018-004-5076-х. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
Outten FW, Huffman DL, Hale JA, O’Halloran TV. Независимые системы cue и cus придают толерантность к меди во время аэробного и анаэробного роста у Escherichia coli . J Biol Chem. 2001; 276: 30670–30677. DOI: 10.1074 / jbc.M104122200. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
Осман Д., Уолдрон К.Дж., Дентон Х., Тейлор С.М., Грант А.Дж., Мастроени П. и др.Гомеостаз меди в Salmonella нетипичен, а медь-CueP является основным периплазматическим комплексом металлов. J Biol Chem. 2010. 285: 25259–25268. DOI: 10.1074 / jbc.M110.145953. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
Pontel LB, Soncini FC. Альтернативные периплазматические механизмы резистентности к меди у грамотрицательных бактерий. Mol Microbiol. 2009. 73: 212–225. DOI: 10.1111 / j.1365-2958.2009.06763.x. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
Пуиг С., Риз Е.М., Тиле Д.Д. Основы периплазматической торговли меди.Состав. 2002; 10: 1292–1295. DOI: 10.1016 / S0969-2126 (02) 00863-8. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
Раймунда Д., Гонсалес-Герреро М., Либер Б.В., Аргуэлло Дж. М.. Транспортный механизм бактериальных Cu ⁺ -АТФаз: разные скорости оттока, адаптированные к разным функциям. Биометаллы. 2011; 24: 467–475. DOI: 10.1007 / s10534-010-9404-3. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
Ренсинг С., Фан Б, Шарма Р., Митра Б., Розен Б. П.. CopA: Escherichia coli, Cu (I) -транслоцирующая АТФаза P-типа.PNAS. 2000. 97: 652–656. DOI: 10.1073 / pnas.97.2.652. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
Ренсинг К., Грасс Г. Escherichia coli механизмы гомеостаза меди в изменяющейся среде. FEMS Microbiol Rev.2003; 27: 197–213. DOI: 10.1016 / S0168-6445 (03) 00049-4. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
Робертс С.А., Вайксель А., Грасс Дж., Такали К., Хаззард Дж. Т., Толлин Дж. И др. Кристаллическая структура и кинетика переноса электронов CueO, мульти-медной оксидазы, необходимой для гомеостаза меди в Escherichia coli .PNAS. 2002; 99: 2766–2771. DOI: 10.1073 / pnas.052710499. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
Робинсон, штат Нью-Джерси. Площадка для медных насосов. Природа. 2011; 475: 41–42. DOI: 10.1038 / 475041a. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
Rouch DA, Brown NL. Индуцируемая медью регуляция транскрипции на двух промоторах в детерминанте устойчивости к меди Escherichia coli pco . Микробиология. 1997; 143: 1191–1202. DOI: 10.1099 / 00221287-143-4-1191. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
Саррет Дж., Фавье А., Ковес Дж., Хазземанн Дж. Л., Мергей М., Берш Б.CopK из Cupriavidus Metallidurans Ch44 связывает Cu (I) в тетратиоэфирном сайте: характеристика с помощью рентгеновской абсорбции и ЯМР-спектроскопии. J Am Chem Soc. 2010. 132: 3770–3777. DOI: 10,1021 / ja

96. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
Silver S. Устойчивость бактерий к ионам токсичных металлов — обзор. Ген. 1996; 179: 9–19. DOI: 10.1016 / S0378-1119 (96) 00323-X. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
Сингх С.К., Грасс Дж., Ренсинг С., Монфор В.Р. Медиоксидазная активность CueO из Escherichia coli .J Bacteriol. 2004; 186: 7815–7817. DOI: 10.1128 / JB.186.22.7815-7817.2004. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
Сингх С.К., Робертс С.А., Фрэнк МакДевитт С., Вайксель А., Вильднер Г.Ф., Грасс Г.Б. и др. Кристаллические структуры мульти-медной оксидазы CueO, связанной с медью (I) и серебром (I): функциональная роль последовательности, богатой метионином. J Biol Chem. 2011; 286: 37849–37857. DOI: 10.1074 / jbc.M111.293589. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
Su CC, Yang F, Long F, Reyon D, Routh MD, Kuo DW, et al.Кристаллическая структура мембранного слитого белка CusB из Escherichia coli . J Mol Biol. 2009; 393: 342–355. DOI: 10.1016 / j.jmb.2009.08.029. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
Su CC, Long F., Zimmermann MT, Rajashankar KR, Jernigan RL, Yu EW. Кристаллическая структура комплекса оттока тяжелых металлов CusBA Escherichia coli . Природа. 2011; 470: 558–563. DOI: 10,1038 / природа09743. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
Su CC, Long F, Yu EW.Система оттока Cus удаляет токсичные ионы с помощью метионинового челнока. Protein Sci. 2011; 20: 6–18. DOI: 10.1002 / pro.532. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
Tom-Petersen A, Hosbond C, Nybroe O. Идентификация индуцированных медью генов у Pseudomonas fluorescens и использование репортерного штамма для мониторинга биодоступной меди в почва. FEMS Microbiol Ecol. 2001; 38: 59–67. DOI: 10.1111 / j.1574-6941.2001.tb00882.x. [CrossRef] [Google Scholar]
Tottey S, Patterson CJ, Banci L, Bertini I., Felli IC, Pavelkova A, et al.Цианобактериальный металло-шаперон подавляет вредные побочные реакции меди. PNAS. 2012; 109: 95–100. DOI: 10.1073 / pnas.1117515109. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
Вернимонт А.К., Хаффман Д.Л., Финни Л.А., Демелер Б., О’Халлоран ТВ, Розенцвейг А.С. Кристаллическая структура и равновесие димеризации PcoC, богатого метионином белка устойчивости к меди из Escherichia coli . J Biol Inorg Chem. 2003. 8: 185–194. DOI: 10.1007 / s00775-002-0404-9. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
Чжан Л., Коай М., Махер М.Дж., Сяо З., Wedd AG.Межмолекулярный перенос ионов меди от белка CopC Pseudomonas syringae . Кристаллические структуры полностью загруженных форм Cu ^I Cu ^II. J Am Chem Soc. 2006; 128: 5834–5850. DOI: 10.1021 / ja058528x. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
Чжан XX, Рейни ПБ. Регуляция гомеостаза меди у Pseudomonas fluorescens SBW25. Environ Microbiol. 2008. 10: 3284–3294. DOI: 10.1111 / j.1462-2920.2008.01720.x. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

Границы | Оптимизация биоремедиации: выяснение механизмов накопления меди Acinetobacter sp.IrC2 изолирован от центра обработки промышленных отходов

Введение

Токсичность тяжелых металлов — это воздействие тяжелых металлов, вызывающее бактерицидное или бактериостатическое нарушение роста бактерий. Такое нарушение роста может происходить в зависимости от того, способны ли бактерии поглощать тяжелые металлы (Arguello et al., 2013). Воздействие тяжелых металлов может привести к повреждению клеточных мембран и изменению специфичности ферментов, нарушая клеточные функции и повреждая структуры ДНК (Afzal et al., 2017). Медь известна как важный питательный микроэлемент, используемый в качестве кофактора для таких ферментов, как цитохром С оксидаза. Однако медь также токсична, поскольку вызывает перекисное окисление липидов, замену ионов металлов в белках, образование ложных дисульфидных связей, а также окисление и деградацию железо-серных групп в белках (Bondarczuk and Piotrowska-Seget, 2013). Было высказано предположение, что клетки развивают защитный механизм против токсичности меди, поддерживая при этом адекватные внутриклеточные концентрации меди как питательного микроэлемента (Rowland and Niederweis, 2013).

Cu (I) и Cu (II) могут катализировать производство активных форм кислорода (ROS) посредством реакции Фентона и Габера-Вейсса, которая действует как переносчик для растворения электронов, которые влияют на цитоплазматические молекулы, ДНК, липиды и другие белки. (Чжао и др., 2016). Известно, что порог толерантности к Cu различается у разных бактерий. Пагубные эффекты меди при длительном стрессе на медь можно уменьшить, поддерживая концентрацию меди ниже порога токсичности внутри клеток за счет активного выведения меди из клеток или, альтернативно, путем накопления меди внутри клеток (Völlmecke et al., 2012; Бондарчук, Пиотровска-Сегет, 2013).

Белки, экспрессируемые индуцированными медью генами, играют роль в бактериальном гомеостазе меди. Этот механизм имеет место в бактериальной клетке во время длительного стресса медью. Длительная лаг-фаза, наблюдаемая в бактериальной культуре, выращенной в среде, содержащей медь, возможно, является адаптационным ответом и / или механизмом устойчивости бактерий к стрессу, связанному с медью.

Таким образом, во время лаг-фазы ожидаются изменения белкового профиля (Rolfe et al., 2011). Белки, которые играют роль в механизме бактериальной резистентности к меди, позволяют бактериям защищать компоненты клетки от повреждений и обеспечивать нормальную клеточную активность. Стенка бактериальной клетки содержит углеводы и фосфаты, связывающие тяжелые металлы (Yazid et al., 2012). В процессе адаптации скорость и направление метаболических реакций изменяются в ответ на стресс окружающей среды. Метаболизм контролируется увеличением и уменьшением синтеза белка, что отражено в профиле белка (Tropp, 2012).Известно, что медь увеличивает повреждение ДНК и белков (Morris, 2014), что может привести к структурным изменениям нуклеиновых кислот и, в конечном итоге, повлиять на процессы синтеза белка, что приведет к нарушению метаболизма (Fashola et al., 2016).

Белки в клетке можно разделить на структурные и функциональные белки. Структурные белки обеспечивают механическую поддержку, такую как белки в клеточной стенке, тогда как функциональные белки являются биологически активными белками, такими как ферменты (Nair and Finkel, 2004).Профиль протеина — это изображение протеина, синтезируемого при заданных условиях. Профиль белка, последовательность белка и идентичность белка являются важными параметрами в классификации, идентификации и физиологии бактерий (Irawati et al., 2017a). Настоящее исследование направлено на понимание влияния меди на рост Acinetobacter sp. IrC2, а также получение представления о бактериальном механизме устойчивости к меди через способность к накоплению меди и изменения профиля белка после стресса, вызванного медью.

Материалы и методы

Среда для роста бактерий

Acinetobacter sp. IrC2 (номер доступа: JX009134) представляет собой устойчивую к меди бактерия с минимальной ингибирующей концентрацией 10 мМ CuSO ₄. Acinetobacter sp. IrC2 культивировали в бульоне Лурия (LB; Pronadisa), содержащем 10 г / л триптона, 5 г / л дрожжевого экстракта, 10 г / л NaCl и 0,1 г / л глюкозы для измерения роста. Среду стерилизовали в автоклаве при 120 ° C в течение 15 мин.Готовили 1 М исходный раствор CuSO ₄ (Merck) и стерилизовали фильтрованием с использованием шприцевого фильтра 0,2 мкм (Merck Millipore). Бактериальную культуру (0,5 мл, OD ₆₀₀ = 0,6) инокулировали в 50 мл стерильной среды LB. Бактериальные культуры, приготовленные с 6 мМ меди и без добавления меди, использовали в качестве контроля с последующим встряхиванием при 37 ° C и 100 об / мин. Каждые 3 часа мутность клеток измеряли с помощью спектрофотометра (LaboMed) при длине волны 600 нм до тех пор, пока бактерии не достигли стационарной фазы роста.Отбирали один миллилитр образца из каждой культуры для измерения OD _{, 600,} для каждой временной точки. Измерения роста проводили в трех экземплярах. Среднее значение OD ₆₀₀ культур, выращенных в среде с добавлением CuSO ₄, сравнивали со значением OD в контрольной группе с использованием t-критерия Стьюдента.

Накопление меди в средах с различной концентрацией меди

Бактерии выращивали в среде LB, содержащей 4, 5, 6, 7, 8, 9 и 10 мМ CuSO ₄ и без CuSO ₄ в качестве контроля.Бактериальную культуру (0,5 мл) инокулировали в 25 мл среды LB, встряхивали при 37 ° C до стационарной фазы. Образцы клеток отбирали периодически каждые 3 часа для измерения роста, тогда как оставшиеся клетки собирали центрифугированием при 5000 × g в течение 20 минут. Клетки сушили в печи при 70 ° C для измерения сухой массы клеток и общего содержания меди. Сухой вес клеток определяли с помощью аналитических весов. Перед анализом содержания меди к высушенным клеткам добавляли 50 мл H ₂ O и встряхивали для гомогенизации клеточной суспензии.Раствор образца разрушали HNO ₃ при 300 ° C до тех пор, пока раствор не становился прозрачным, с последующим добавлением H ₂ O до достижения объема 50 мл.

Внутриклеточное содержание меди определяли с помощью атомно-абсорбционной спектрофотометрии (AAS; Shimadzu AA 6800) при длине волны 324,9 нм. ААС был подготовлен путем установки лампы с полым катодом из меди и сжигания ацетилена (C ₂ H ₂). Стандартная кривая была построена путем измерения значений оптической плотности Cu, равных 0.2, 0,4, 0,6, 0,8 и 1,0 мг / л, чтобы получить уравнение линии регрессии. Анализ накопления меди проводили в трех повторностях. Средние значения анализа сравнивали с использованием одностороннего дисперсионного анализа Краскела – Уоллиса (Irawati et al., 2012b).

Анализ профиля белка

Десять миллилитров бактериальных культур собирали в логарифмической и стационарной фазах центрифугированием при 5000 × g в течение 20 минут с последующей промывкой и ресуспендированием клеток в 1 мл фосфатного буфера pH 7.Затем суспензию клеток замораживали при -70 ° C, затем размораживали при комнатной температуре и обрабатывали ультразвуком в течение 5 минут при 4 ° C. Фрагменты клеток разделяли центрифугированием при 16 278 × g в течение 10 мин при 4 ° C для получения внутриклеточного супернатанта / белка. Внутриклеточные белки разделяли с использованием метода электрофореза в полиакриламидном геле с додецилсульфатом натрия (SDS-PAGE) с постоянным электрическим током 25 мА до тех пор, пока бромфеноловый синий белковой лестницы не приблизился к концу разделяющего геля.Концентрация акриламида в укладывающем геле составляла 4%, а разделяющий гель — 12% при толщине геля 1,5 мм (Patricia and Irawati, 2017).

Укладывающий гель состоял из 4% бис-акриламида, 1 М трис-HCl pH 6,8, 10% SDS, тетраметилендиамина и 1,5% персульфата аммония. Точно так же разделяющий гель был приготовлен из тех же ингредиентов, за исключением того, что 1 М трис-HCl был приготовлен при pH 8,6. Внутриклеточный белок визуализировали окрашиванием кумасси синим, вымачивали в течение 30 мин и промывали обесцвечивающим раствором.Молекулярный вес белкового профиля определяли на основе стандартной кривой молекулярного веса из белковой лестницы (Thermo Fisher Scientific, номер по каталогу 26610), состоящей из бета-галактозидазы (116 кДа), бычьего сывороточного альбумина (66,2 кДа), овальбумина. (45,0 кДа), лактатдегидрогеназа (35,0 кДа), REase Bsp98I (25,0 кДфа), бета-лактоглобулин (18,4 кДа) и лизоцим (14,4 кДа) с буфером для хранения, содержащим бромфеноловый синий.

Результаты и обсуждение

Влияние меди на рост

Acinetobacter sp.IrC2 при различных концентрациях
Было замечено, что добавление 6 мМ сульфата меди в питательную среду продлило лаг-фазу до 18 часов, тогда как в контрольной обработке лаг-фазы не наблюдалось (рис. 1). Сообщалось, что высокая концентрация меди влияет на метаболизм и рост бактерий, а также на другие виды деятельности бактерий, что приводит к длительной лаг-фазе и даже к смерти (Benhalima et al., 2020). Эта длительная лаг-фаза указывает на стресс, связанный с медью, и адаптацию выживших бактерий к этому стрессу окружающей среды (Rolfe et al., 2011). Бертран (2019) назвал это явление «толерантностью по задержке», поскольку длительные лаг-фазы представляют собой адаптивные реакции на стресс и травмы, которые способствуют способности бактерий придавать устойчивость к меди.
Рисунок 1. Кривая роста Acinetobacter sp. IrC2. Кривая роста Acinetobacter sp. Культура IrC2, выращенная в среде LB, с двумя разными концентрациями CuSO ₄, то есть 0 мМ и 6 мМ. Для измерения OD для каждой временной точки брали один мл образца из каждой культуры.Оптическая плотность (OD), измеренная на длине волны 600 нм, составляет 0,6. Измерения в трех экземплярах были выполнены для каждой временной точки. Планки погрешностей представляют собой стандартные отклонения. * Представляет значение P <0,05.
Mathews et al. (2013) предположили, что контакт меди с бактериями приводит к повреждению клеточной оболочки, что, следовательно, делает клетки более восприимчивыми к повреждению ионами меди. Когда бактериальные клетки подвергаются воздействию меди, они испытывают уменьшение количества жизнеспособных клеток и, следовательно, им требуется больше времени для физиологического восстановления, прежде чем они выйдут из лаг-фазы и начнут экспоненциальный рост (Dupont and Augustin, 2009).Длительные лаг-фазы позволяют бактериям вызывать механизмы репарации ДНК для восстановления и замены поврежденных клеточных компонентов из-за воздействия меди и окислительного стресса, а также запускать новую программу транскрипции, которая трансформирует их транскриптом и протеом для производства генов и белков, необходимых для метаболических процессов. накопление биомассы и деление клеток (Larsen et al., 2006). Watanabe et al. (2015) также предположили, что бактерии поддерживают свой рост, развитие и выживание, изменяя свои ферментативные профили во время длительной лаг-фазы в ответ на различные питательные вещества и загрязнители, включая медь.
Токсичность меди в
Acinetobacter sp. IrC2
Рисунок 2 показывает, что увеличение концентрации меди (4–6 мМ) приводит к увеличению накопления меди в клетках. Однако концентрация меди выше 6 мМ приводила к снижению накопления меди. Наивысший уровень концентрации меди (508,01 мг / г клеток) был достигнут при 6 мМ. Эти результаты позволяют предположить, что Acinetobacter sp. IrC2 управлял стрессом меди, накапливая медь в клетках.Когда клетки подвергались воздействию меди в концентрациях выше 6 мМ, внутриклеточное накопление меди было обнаружено сниженным. Такое снижение свидетельствует о том, что токсичность меди возрастает с увеличением концентрации меди более чем на 6 мМ, что приводит к ограничению устойчивости бактерий к меди.
Рис. 2. Способность к накоплению меди у Acinetobacter sp. IrC2. Значения каждой экспериментальной группы представляют собой среднее трехкратное измерение.Планки погрешностей представляют собой стандартные отклонения. Разные буквы указывают на значительные различия между группами (значение P <0,05).
Повышенная токсичность меди влияет на физиологические свойства бактерий, вызывая окислительное повреждение и снижение всасывания основных питательных веществ; следовательно, бактерии не могут метаболизировать и синтезировать необходимые адсорбирующие агенты для накопления меди (Mateos-Naranjo et al., 2013). Кроме того, токсичность меди может блокировать функциональные группы на поверхности клетки, замену основных ионов металлов посредством биомолекулярных модификаций, денатурацию и инактивацию ферментов, наряду с нарушением целостности клеточных и органелларных мембран (Gadd, 1993).Другая возможность заключается в том, что участкам связывания меди на мембране бактериальной клетки не хватает как доступности, так и способности накапливать медь в более высоких концентрациях, скорее всего, из-за истощения из-за длительного чрезмерного воздействия меди (Irawati et al., 2017b).
Тимкова и др. (2018) определили биоаккумуляцию как поглощение токсичных загрязнителей, которые активно проникают в клетку через клеточную мембрану и накапливаются внутри клетки. Уровень накопления токсичных загрязнителей зависит от внутренних структурных и биохимических свойств, генетических и физиологических адаптаций, модификации металлической среды, а также доступности и токсичности металлов.Поглощение меди внутриклеточно может быть достигнуто с помощью множества биохимических механизмов (Rehman et al., 2008), которые включают синтез адсорбционных агентов, особенно белков, во время их лаг-фазы. Эти агенты связывают ионы меди на поверхности клетки до того, как они активно транспортируются через клеточную мембрану в цитоплазму или периплазму, где они накапливаются и хранятся (Timkova et al., 2018). Также важно отметить, что на накопление металла влияют характеристики поверхности, такие как поверхностные заряды микроорганизма.Грамотрицательные бактерии снабжены отрицательно заряженными функциональными группами (такими как карбоксильные, гидроксильные, фосфорильные и амидные группы) на своей поверхности; следовательно, они способны притягивать и связывать положительно заряженные катионные металлы посредством противоионных взаимодействий (Jiang et al., 2004; Spain et al., 2021). Успешно связанные ионы меди также будут накапливаться и храниться внутри клеток, о чем часто свидетельствует морфологическое изменение цвета колоний.
В предыдущем исследовании сообщалось, что при адаптации к высокому стрессу, вызванному медью, Acinetobacter sp.IrC2 поглощает медь как часть своего механизма допуска. Цвет колоний бактерий, выращенных на агаризованной среде с добавлением 5 мМ CuSO ₄, стал зеленым в результате поглощения меди (Irawati et al., 2012b). Точно так же колония дрожжевых изолятов, полученных в результате очистки сточных вод Сурабая, также изменила цвет на зеленый при накоплении меди (Irawati et al., 2012a).
Анализ профиля белка
Acinetobacter sp. IrC2
Белковый профиль Acinetobacter sp.IrC2 (Рисунок 3) показал повышенный синтез по крайней мере пяти полос белка после индукции медью, т.е. полосы белка A (68,0 кДа), полосы белка B (60,5 кДа), полосы белка C (38,5 кДа), полосы белка D (24,0 кДа). кДа) и белковая полоса E (20,5 кДа), которая может включать CopA, мульти-медную оксидазу (MCO), CopB, универсальный стрессовый белок (Usp) и супероксиддисмутазу (SOD) и / или ДНК-связывающий белок из голодных клеток, соответственно. (Таблица 1). Белковые профили Acinetobacter sp. IrC2 показал различия в профилях белков между бактериями, выращенными в условиях медного стресса и без стресса, наблюдаемые в логарифмической и стационарной фазах (рис. 3).Некоторые белки, обнаруженные в логарифмической фазе, отсутствовали, когда клетки переходили в стационарную фазу. Однако новые белки были обнаружены на стационарной фазе. Изменения белковых профилей в логарифмической и стационарной фазах, когда клетки не находились под медным стрессом, можно объяснить истощением питательных веществ в стационарной фазе. Различия в профиле белка при стрессе на медь и отсутствие стресса в стационарной фазе предполагают, что белок, синтезируемый в стационарной фазе, играет роль в механизме устойчивости к меди.Подобное явление также наблюдалось в изоляте HgP1, то есть устойчивой к ртути бактерии, выделенной из золотого рудника в Понгкоре (Patricia and Irawati, 2017). Белковый профиль HgP1 показал, что белков, синтезированных в нормальных условиях, было меньше, чем белков, синтезированных в условиях ртутного стресса. Более того, было обнаружено, что синтез белка, который, как предполагается, играет роль в механизме устойчивости к ртути, увеличивается в условиях ртутного стресса. Бактериальные клетки изменяют структуру транскрипции определенного набора генов, снижая нормальный синтез белка и синтезируя определенный набор белков в ответ на токсичность ртути.Этот специфический набор белков включает белок теплового шока или белок стресса.
Рисунок 3. Белковый профиль Acinetobacter sp. IrC2 во время лог-фазы и стационарной фазы в среде с 5 мМ CuSO ₄ и без CuSO ₄. (M) Белковая лестница; (1) логарифмическая фаза в среде LB без добавления CuSO ₄; (2) логарифмическая фаза в среде LB с добавлением CuSO ₄; (3) неподвижная фаза в среде LB без добавления CuSO ₄; (4) неподвижная фаза в среде LB с добавкой CuSO ₄.Красная стрелка указывает белки, которые синтезируются больше после индукции сульфатом меди.
Таблица 1. Белки синтезируются на более высоком уровне после индукции сульфатом меди в Acinetobacter sp . IrC2.
Было обнаружено, что белки, синтезируемые Acinetobacter sp. IrC2 может быть сгруппирован по трем различным уровням синтеза и функций, то есть (1) конститутивно синтезируемые белки как в нормальных условиях, так и при медном стрессе, (2) несинтезированные или несинтезированные белки в условиях медного стресса и (3) белки, которые синтезируются в условиях медного стресса. более высокий уровень при напряжении меди.Cvjetko et al. (2014) заявили, что тяжелые металлы могут вызывать изменения в экспрессии генов.
Постоянно синтезируемые белки в нормальных условиях и в условиях медного стресса указывают на их важность для основного метаболизма роста клетки. Напротив, менее или несинтезированные белки при стрессе медью предполагают изменение паттернов экспрессии генов как следствие стресса, связанного с медью, подобно тому, как это происходит в белках теплового шока, синтезируемых под воздействием стимулов теплового шока. Теперь выяснилось, что белки теплового шока выполняют критические функции по отношению к клетке в условиях стресса и без стресса (Miller and Fort, 2018).Кроме того, стрессовые стимулы, связанные с медью, могут также вызывать повреждение ферментативных функций и нарушение ионной регуляции, что связано с нарушением синтезируемого ДНК и белка (Gauthier et al., 2014).
Активированная регуляция белков под действием медного стресса указывает на их роль в ответе на токсичность меди. Staehlin et al. (2016) предположили, что воздействие тяжелых металлов вызывает изменения в синтезе белков, особенно белков, участвующих в механизме стрессоустойчивости.
Ayudhya et al.(2009) сообщили, что токсичность тяжелых металлов заставляет бактерии выполнять четыре механизма: (i) увеличение синтеза нескольких ферментов, участвующих в катаболической регуляции, для поддержания выработки клеточной энергии; (ii) инициировать использование низкоэнергетических транспортных систем для импорта аминокислот и других источников углерода; (iii) облегчить синтез металлсвязывающих аминокислот; и (iv) усиление системы транспорта металлов для внутриклеточной регуляции металлов в качестве формы адаптации.
Эти результаты были аналогичны результатам, полученным Gillan et al.(2017), которые предположили, что бактерии могут синтезировать 19 определенных групп белков в зависимости от концентрации и воздействия Cu (II). Эти специфические белки экспрессируются в ответ на высокие концентрации Cu (II), участвующие в периплазматической и цитоплазматической детоксикации.
Профиль белка, определенный в настоящем исследовании, показал, что определенный белок с молекулярной массой 68,0 кДа был синтезирован только при индукции меди, что указывает на то, что этот белок может играть роль в устойчивости бактерий к меди.Основываясь на его молекулярной массе, предполагается, что полоса белка A (таблица 1) содержала белок устойчивости к меди A (CopA). Это предположение также подтверждается тем фактом, что размер белка CopA в Acinetobacter составляет 64,5–72,5 кДа (Harkins et al., 2013). Williams et al. (2016) предположили, что медь нарушает целостность внешней мембраны, генерирует радикалы, подавляет дыхание и разрушает ДНК. Alquethamy et al. (2019) сообщили, что CopA-АТФаза P-типа является основным участником Acinetobacter baumannii и Legionella pneumophila в экспорте меди из цитоплазмы в качестве механизма самозащиты от токсичности меди и защиты от окислительного стресса.
Предполагается, что Acinetobacter sp. IrC2 синтезировал белок CopA во время лаг-фазы в течение 18 часов в среде с добавлением меди для защиты клеток от токсичности путем накопления меди, о чем свидетельствует изменение цвета колоний на зеленый (рис. 3). Irawati et al. (2012b) сообщили, что Acinetobacter sp. IrC2 — это устойчивые к меди бактерии, выделенные из центра обработки отходов в Сурабае, которые накапливают медь для адаптации к токсичной среде. Поглощенные ионы меди (Cu ²⁺), связанные с белком CopA, привели к изменению цвета колонии на синий (Irawati et al., 2012а). Медный стресс вызывает экспрессию гена copA в бактериях, что приводит к изменению экспрессии белка.
Аналогичные исследования (Irawati et al., 2016) также показали, что Pseudomonas syringae и Acinetobacter sp. IrC1 содержит ген copA , ответственный за устойчивость бактерий к меди за счет биоаккумуляции меди в клетках и изменения цвета колоний бактерий на синий. Pseudomonas syringae имеет гены устойчивости к меди, опероны гена cop , которые регулируются и индуцируются только высокими уровнями меди (Behlau et al., 2011). Эти гены помогают экспрессировать медьсвязывающие белки, включая CopA и CopB, которые участвуют в накоплении меди внутри периплазмы, чтобы предотвратить токсические уровни меди в цитоплазме. Shahla et al. (2014) заявили, что белок CopA в P. syringae играет роль в связывании избыточных ионов меди в периплазме или цитоплазме и перемещении их в периплазму. CopA и CopB представляют собой периплазматический связывающий белок и белок внешней мембраны, соответственно, необходимые для поддержки механизмов сопротивления меди.Сопротивление меди опосредуется секвестрацией меди в периплазме медьсвязывающими белками CopA и CopC, а во внешней мембране — CopB.
Профиль белка, определенный в настоящем исследовании, также показывает, что специфическая полоса белка с молекулярной массой 60,5 кДа имеет повышенный синтез после индукции меди в бактериях. Судя по молекулярной массе, эта белковая полоса, возможно, содержала семейство MCO. MCO — это фермент, который содержит четыре единицы меди и подвергается усиленному синтезу при выращивании бактерий в среде, содержащей медь (Singh et al., 2013). Диапазон молекулярной массы MCO в роду Acinetobacter составляет 49,4–67,3 кДа. Wen et al. (2014) сообщили, что MCO требуется для устойчивости к меди у некоторых видов бактерий. MCO является частью бактериальной мембраны и играет роль в механизме устойчивости и детоксикации меди, окисляя токсичные ионы Cu ²⁺ в периплазме (Rowland and Niederweis, 2013). Поэтому предполагается, что полоса белка B (таблица 1) содержала MCO.
Свободная медь опасна из-за своей высокой химической активности (Arguello et al., 2013). Следовательно, бактерии должны контролировать транспорт ионов Cu ²⁺ через компартменты, чтобы обеспечить гомеостаз меди в клетках и предотвратить токсичность. Связывание меди с цистеином в мембране дает синий цвет как характеристику активности MCO (Rowland and Niederweis, 2013). Таким образом, эти факты подтверждают наблюдение, что Acinetobacter sp. IrC2 продлил лаг-фазу на 18 часов за счет синтеза MCO в качестве механизма сопротивления. Такой ответ проявлялся в появлении синих колоний при выращивании бактерий на среде 6 мМ CuSO ₄.
1D SDS-PAGE также выявил полосу белка с молекулярной массой 38,5 кДа, синтезированную во время стационарной фазы в клетках, выращенных в среде с добавлением сульфата меди. Однако такой белок не был обнаружен во время логарифмической фазы. Молекулярная масса этой специфической белковой полосы (38,5 кДа) близка к молекулярной массе CopB (39 кДа), как было предложено Cha and Cooksey, 1991. Таким образом, предполагается, что белковая полоса C (таблица 1) несла белок CopB. CopB — это белок периферической мембраны, расположенный на внешней мембране, который может высвобождаться в периплазму, когда клетка превращается в сферопласт.CopB представляет собой АТФазу Cu ²⁺, которая участвует в оттоке цитоплазматической Cu ^{+ / 2 +} (Padilla-Benavides et al., 2013; Raimunda et al., 2013; Gillan et al., 2017; Thummeepak et al., 2020), поскольку CopB — это белок, расположенный на внешней мембране, необходимый для поддержки механизмов сопротивления меди.
В логарифмической и стационарной фазах полоса белка с молекулярной массой 24,0 кДа была обнаружена, когда Acinetobacter sp. IrC2 выращивали на среде LB с добавлением CuSO ₄.Предполагается, что эта белковая полоса содержала белок D, принадлежащий к семейству Usp. Известно, что семейство Usp из рода Acinetobacter имеет молекулярную массу 12,7–31,2 кДа (Snitkin et al., 2013). Usp синтезируется, когда бактерии подвергаются различным видам стресса, таким как дефицит питательных веществ, тяжелые металлы и окислительный стресс. Медь может катализировать производство АФК, что может вызвать окислительный стресс. Usp играет роль в устойчивости к окислительному стрессу; поэтому предполагается, что Usp косвенно влияет на устойчивость меди к стрессу.Usp предотвращает денатурацию макромолекул, а также восстанавливает и защищает свои нуклеиновые кислоты от внешнего стресса (Chi et al., 2019).
Во время стационарной фазы у Acinetobacter sp. Была обнаружена полоса белка с молекулярной массой 20,5 кДа. Клетки IrC2 культивировали как в условиях стресса медью, так и в условиях отсутствия стресса медью. Предполагается, что на основании своей молекулярной массы эта белковая полоса (обозначенная как белковая полоса E в таблице 1) содержала белок SOD и / или белок, который принадлежит к семейству ДНК-связывающих белков из голодных клеток (Dps).Юнг и др. (2010) предположили, что СОД из рода Acinetobacter имеет молекулярную массу от 19,4 до 21,0 кДа.
Было высказано предположение, что медь может катализировать производство АФК, таких как супероксид, что, в свою очередь, может вызывать окислительный стресс (Harkins et al., 2013). СОД — это металлофермент, который превращает высокотоксичный супероксид в кислород и менее токсичный перекись водорода. Следовательно, правильная оценка эффективности биоремедиации данного бактериального штамма должна определяться на основе его физиологической реакции на тяжелые металлы.Известно также, что SOD катализирует дисмутацию супероксида в кислород и пероксид водорода. Перекись водорода является сильным окислителем и должна разлагаться каталазой на H ₂ O и O ₂. SOD защищает ДНК от окислительного стресса и вырабатывается широким кругом бактерий, особенно в лаг-фазе, когда клетки бактерий испытывают стресс от дефицита питательных веществ.
Механизм устойчивости к меди у
Acinetobacter sp. IrC2 на основе профиля белка
Результаты этого исследования позволяют предположить, что Acinetobacter sp.IrC2 синтезирует пять белков во время индукции меди, а именно CopA, CopB, MCO, Usp и SOD. Мы предположили, что эти белки участвуют в приобретении механизмов устойчивости к меди у бактерий.
Медь — один из важных элементов, необходимых бактериям для метаболических процессов; однако он высокотоксичен, когда он превышает порог бактериальной толерантности, поэтому бактерии должны быть в состоянии контролировать гомеостаз Cu в клетках (Zhao et al., 2016). Джи и Сильвер (1995) предположили, что оперон cop кодирует периплазматические белки (CopA и CopC), белки внешней мембраны (CopB) и белки внутренней мембраны (CopD), индуцируемые присутствием меди.Медь связывается белком CopB и транспортируется в периплазму. В периплазме медь связывается белком CopA. Белки CopC и CopD также способствуют притоку меди из периплазматического пространства в цитоплазму для передачи ферментам, которым она необходима в качестве кофактора.
Гомеостаз
Cu контролируется белком CopB, который опосредует транспортировку Cu в клетки и связывает Cu с определенными участками, чтобы действовать как кофактор фермента (Kaplan and Maryon, 2016). CopB также играет роль в регулировании высвобождения избыточных ионов Cu ^{+ / 2 +}.Ионы Cu ²⁺ будут связываться белком CopA в периплазме, чтобы блокировать проникновение избыточных ионов меди в цитоплазму (Shahla et al., 2014). MCO является частью бактериальной мембраны, которая играет роль в механизме сопротивления и детоксикации меди путем окисления токсичных ионов Cu ⁺ до Cu ²⁺ в периплазме (Alquethamy et al., 2019). Свободная медь обладает высокой химической реактивностью, что требует от бактерий контролировать ионы Cu ⁺, транспортируя их из клеток через белок CopB, чтобы обеспечить гомеостаз меди в клетках и предотвратить токсичность.Синтез MCO как механизм устойчивости привел к изменению синего цвета колоний на Acinetobacter sp. IrC2.
Внутри ячейки ионы Cu будут подвергаться окислительно-восстановительной реакции, которая может привести к избытку ионов Cu ⁺ и Cu ²⁺ в ячейке. Ионы Cu могут действовать как сильные ингибиторы клеточных ферментов и свободно реагировать с различными боковыми цепями белка, содержащими серу, азот и кислород (Kaplan and Maryon, 2016). Cu ⁺ и Cu ²⁺ катализируют производство АФК, что приводит к повреждению молекул, ДНК, липидов и белков (Zhao et al., 2016).
Производство в клетках таких АФК, как супероксид, гидроксильные радикалы и перекись водорода, вызывает окислительный стресс (Kong et al., 2020). СОД — это металлофермент, синтезируемый в лаг-фазе, который действует как главный антиоксидант и отвечает за защиту ДНК от АФК. SOD играет роль в преобразовании высокотоксичного супероксида в менее токсичный кислород и перекись водорода. Перекись водорода является сильным окислителем и должна разлагаться каталазой на H ₂ O и O ₂ (Harkins et al., 2013; Kong et al., 2020).
Семейство Usp играет роль в устойчивости к окислительному стрессу в стрессовом состоянии медью. Он предотвращает денатурацию макромолекул, а также восстанавливает и защищает нуклеиновые кислоты от внешних стрессов (Chi et al., 2019). Он также играет роль в регулировании способности клеток противостоять окислительным агентам и помогает клеткам противостоять присутствию H ₂ O ₂ во время роста (Nachin et al., 2005).
Заключение
Это исследование показало, что добавление 5 мМ CuSO ₄ в питательную среду приводило к медному стрессу у Acinetobacter sp.IrC2, который вызывает физиологический ответ, продлевая лаг-фазу на 18 часов. Также было обнаружено, что клетки развивают механизм устойчивости к меди за счет накопления меди в клетках. При стрессе меди были обнаружены пять полос белка с молекулярной массой 68,0, 60,5, 38,5, 24,0 и 20,5 кДа. Предполагается, что эти белковые полосы содержат важные белки, участвующие в механизме устойчивости бактерий во время медного стресса. Таким образом, предполагается, что устойчивость бактерий к меди опосредуется мембранными белками CopA и CopB, которые связывают ионы Cu в периплазме и выводят избыточные ионы Cu.Кроме того, другие ферменты, которые играют роль в процессе детоксикации, а именно SOD, MCO и Usp, также могут действовать согласованно, чтобы избежать повреждения клеток при стрессе на медь.
Вызывает беспокойство то, что идентификация белков добавит больше глубины пониманию физиологического сдвига, когда бактерия подверглась стрессу тяжелыми металлами. Однако такой процесс идентификации требует другого подхода к исследованию, что означает новую работу после этого исследования. Текущая работа была направлена на демонстрацию того, что стресс, связанный с тяжелыми металлами, изменяет физиологический ответ бактерий, о чем свидетельствует синтез нескольких новых белков, а также на предположение механизма, лежащего в основе стрессовой реакции.Ожидается, что анализ протеома и транскриптома предоставит больше подробностей в выяснении устойчивости бактерий к тяжелым металлам, особенно к Cu, чтобы лучше понять глобальный метаболизм.
Заявление о доступности данных
Исходные материалы, представленные в исследовании, включены в статью / дополнительные материалы, дальнейшие запросы можно направлять соответствующим авторам.
Авторские взносы
WI был руководителем группы, который разработал исследование, провел лабораторные работы, проанализировал данные с помощью ED и LK и подготовил черновик статьи.LK провела часть лабораторных работ, проанализировала данные и отредактировала окончательную рукопись. РП участвовал в написании черновика статьи. TY отвечал за доработку статьи для публикации. Все авторы внесли свой вклад в статью и одобрили представленную версию.
Финансирование
Это исследование финансировалось Управлением исследований и общественных работ, Генеральным директоратом исследований и инноваций Министерства образования, науки и технологий (исследовательский грант №1218 / LL3 / PG / 2021, 1 апреля 2021 г.).
Конфликт интересов
Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могли бы быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.
Примечание издателя
Все утверждения, выраженные в этой статье, принадлежат исключительно авторам и не обязательно отражают претензии их дочерних организаций или издателей, редакторов и рецензентов.Любой продукт, который может быть оценен в этой статье, или заявление, которое может быть сделано его производителем, не подлежат гарантии или одобрению со стороны издателя.
Благодарности
Авторы выражают благодарность Валентину Линдарто, студенту Секола Дайан Харапан Липпо, а также студентам биологического факультета факультета науки и технологий Университета Пелиты Харапан за их помощь в выполнении этого проекта.
Дополнительные материалы
Дополнительные материалы к этой статье можно найти в Интернете по адресу: https: // www.frontiersin.org/articles/10.3389/fmicb.2021.713812/full#supplementary-material
Список литературы
Афзал А. М., Расул М. Х., Васим М. и Аслам Б. (2017). Оценка толерантности к тяжелым металлам и биосорбционного потенциала Klebsiella varicola , выделенного из промышленных стоков. AMB Express 7, 184. doi: 10.1186 / s13568-017-0482-2
PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar
Алкетэми, С.Ф., Хорваш, М., Педерик, В.G., Whittall, J.J., Paton, J.C., Paulsen, I.T., et al. (2019). Роль системы оттока меди копа в вирулентности Acinetobacter baumannii . Внутр. J. Mol. Sci . 20, 575.
Google Scholar
Аргуэльо, Дж. М., Раймунда, Д., и Падилья-Бенавидес, Т. (2013). Механизмы гомеостаза меди у бактерий. Ячейка. Заразить. Микробиол . 3:73.
Google Scholar
Аюдхья, П. И. Н., Аюдхья, К. И. Н., Триратанапайбун, Л., Kasikun, K., Thipkeaw, K., и Prachayasittikul, V. (2009). Протеомное профилирование Escherichia coli в ответ на стресс тяжелыми металлами. Eur. J. Sci. Res. 25, 679–688.
Google Scholar
Бехлау, Ф., Кантерос, Б. И., Минсэвидж, Г. В., Джонс, Дж. Б., и Грэм, Дж. Х. (2011). Молекулярная характеристика генов устойчивости к меди из Xanthomonas citri subsp citri и Xanthomonas alfafae subsp citrumelonis. Заявл.Environ. Микробиол . 77:12. DOI: 10.1128 / AEM.03043-10
PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar
Бенхалима, Л., Амри, С., Бенсуила, М., и Узрут, Р. (2020). Устойчивость к тяжелым металлам и индукция металлотионеина у бактерий, выделенных из реки Сейбаус, Алжир. Заявл. Ecol. Environ. Sci . 18: 1. DOI: 10.15666 / aeer / 1801_17211737
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Бертран, Р. Л. (2019). Фаза задержки — это динамичный, организованный, адаптивный и развивающийся период, который подготавливает бактерии к делению клеток. Дж. Бактериол . 201, e00697–18. DOI: 10.1128 / JB.00697-18
PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar
Бондарчук, К., Пиотровска-Сегет, З. (2013). Молекулярные основы механизмов активной резистентности к меди у грамотрицательных бактерий. Ячейка. Биол. Токсикол . 29: 6. DOI: 10.1007 / s10565-013-9262-1
PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar
Ча, Дж. С. и Кукси, Д. А. (1991). Устойчивость к меди у Pseudomonas syringae опосредована периплазматическими белками и белками внешней мембраны. Proc. Natl. Акад. Sci. США 88, 8915–8919. DOI: 10.1073 / pnas.88.20.8915
PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar
Chi, Y. H., Koo, S. S., Oh, H. T., Lee, E. S., Park, J. H., Phan, K. A. T., et al. (2019). Физиологические функции универсальных стрессовых белков и их молекулярный механизм защиты растений от стрессов окружающей среды. Фронт. Завод Sci . 10: 750. DOI: 10.3389 / fpls.2019.00750
PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar
Дюпон, К., и Августин, Дж. К. (2009). Влияние стресса на время задержки отдельных клеток и вероятность роста для Listeria monocytogenes в половинном бульоне Фрейзера. Заявл. Environ. Микробиол . 75, 3069–3076. DOI: 10.1128 / AEM.02864-08
PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar
Фашола, М. О., Нголе-Джеме, В. М., и Бабалола, О. О. (2016). Загрязнение тяжелыми металлами из золотых приисков: воздействие на окружающую среду и бактериальные стратегии устойчивости. Внутр.J. Environ. Res . 13:12. DOI: 10.3390 / ijerph23111047
PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar
Гэдд, Г. М. (1993). Взаимодействие грибка с токсичными металлами. Новый Фитол . 124, 25–60. DOI: 10.1111 / j.1469-8137.1993.tb03796.x
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Готье И., МакГугин Р. В., Ричлер Дж. Дж., Херцманн Г., Спигл М. и Ван Гулик А. Э. (2014). Опыт смягчает перекрытие между распознаванием объектов и лиц, предполагая общую способность. Дж. Вис . 14: 8. DOI: 10.1167 / 14.8.7
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Гиллан, Д. К., Кэмп, К. В., Мергей, М., Провуст, А., Томас, Н., Вермар, Л. и др. (2017). Палеомикробиология для изучения устойчивости бактерий к меди: выделение и описание Cupriavidus necator B9 в почве средневековой литейной фабрики. Environ. Микробиол . 19: 2. DOI: 10.1111 / 1462-2920.13645
PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar
Харкинс, Д.М., Бринкач, Л. М., Дуркин, А. С., Бек, Э., Федорова, Н. Б., Ким, М. и др. (2013). Геномное секвенирование разнообразных изолятов комплекса Acinetobacter Baumannii-Calcoaceticus США. Роквилл, Мэриленд: Институт Дж. Крейга Вентера.
Google Scholar
Иравати, В., Пархусип, А. Дж., Кристиан, С., и Ювоно, Т. (2017a). Потенциальная способность штаммов бактерий и дрожжей, выделенных из промышленных сточных вод Рунгкут в Индонезии, в качестве биоаккумуляторов и биосорбентов меди. Biodiversitas 18: 3. DOI: 10.13057 / biodiv / d180315
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Иравати, В., Пархусип, А. Дж. Н., Сопия, Н., и Тнунай, Дж. А. (2017b). Роль устойчивых к тяжелым металлам бактерий Acinetobacter sp. в фиторемедиации меди с использованием Eichhornia crasippes [(Mart.) Solms]. KnE Life Sci. 3, 208–220. DOI: 10.18502 / kls.v3i5.995
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Иравати, В., Yuwono, T., Soedarsono, J., and Hartiko, H. (2012b). Молекулярная и физиологическая характеристика медьрезистентных бактерий, выделенных из активного ила на заводе по очистке промышленных сточных вод в Рунгкут-Сурабая, Индонезия. Microbiol. Индонезийский . 6: 3. DOI: 10,5454 / миль 6.3.3
PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar
Иравати, В., Русли, А., Салим, А. С., Хандаяни, Г. К. П. Т. и Сусанти, А. И. (2012a). «Выделение гена CopA, кодирующего устойчивость Acinetobacter sp.IrC1 в медь », в Труды 5-й Индонезийской конференции по биотехнологии , Матарам.
Google Scholar
Иравати, В., Ювоно, Т., и Русли, А. (2016). Обнаружение плазмид и анализ лечения медьрезистентных бактерий Acinetobacter sp. IrC1, Acinetobacter sp. IrC2 и Cupriavidus sp. IrC4 . Biodivers. J. 17: 1. DOI: 10.13057 / biodiv / d170140
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Цзян, В., Саксена, А., Сонг, Б., Уорд, Б. Б., Беверидж, Т. Дж., И Минени, С. К. (2004). Выявление функциональных групп на грамположительных и грамотрицательных бактериальных поверхностях с помощью инфракрасной спектроскопии. Ленгмюр 20:26. DOI: 10.1021 / la049043
PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar
Kong, L., Xiong, Z., Song, X., Xia, Y., Zhang, H., Yang, Y., et al. (2020). Повышенная антиоксидантная активность у Streptococcus thermophilus за счет высокого уровня экспрессии супероксиддисмутазы. Фронт. Microbiol. 11: 579804. DOI: 10.3389 / fmicb.2020.579804
PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar
Ларсен Н., Бойе М., Зигумфельдт Х. и Якобсен М. (2006). Дифференциальная экспрессия белков и генов в лаг-фазе Lactococcus lactis subsp. lactis , выращенные на синтетической среде и восстановленном обезжиренном молоке. Заявл. Environ. Microbiol. 72, 1173–1179. DOI: 10.1128 / AEM.72.2.1173-1179.2006
PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar
Матеос-Наранхо, Э., Андрадес-Морено, Л., Камбролле, Дж., И Перес-Мартин, А. (2013). Оценка влияния меди на рост, накопление меди и физиологические реакции пастбищных видов Atriplex halimus : экотоксикологические последствия. Ecotoxicol. Environ. Saf. 90, 136–142. DOI: 10.1016 / j.ecoenv.2012.12.020
PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar
Мэтьюз, С., Ханс, М., Мюклих, Ф., и Солиоз, М. (2013). Контактное уничтожение бактерий на меди подавляется, если предотвращается контакт бактерий с металлом, и индуцируется на железе ионами меди. Заявл. Environ. Microbiol. 79: 8. DOI: 10.1128 / AEM.03608-12
PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar
Начин, Л., Наннмарк, У., и Нистро, Т. (2005). Дифференциальные роли универсальных стрессовых белков Escherichia coli в устойчивости к окислительному стрессу, адгезии и подвижности. J. Bacteriol. 187: 18. DOI: 10.1128 / JB.187.18.6265
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Падилья-Бенавидес, Т., Макканн, К. Дж., И Аргуэлло, Дж. М. (2013). Механизм Cu + транспортных АТФаз: взаимодействие с CU + шаперонами и роль временных участков связывания металлов. J. Biol. Chem. 288, 69–78. DOI: 10.1074 / jbc.M112.420810
PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar
Патрисия, Иравати, В. (2017). Профиль протеинового изолята, бактериорезистен, меркури дари пертамбанган эмас ракят ди деса Понгкор, Богор-Джава Барат, Индонезия. Биота 2: 1. DOI: 10.24002 / biota.v2i1.1506
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Раймунда Д., Падилья-Бенавидес Т., Фогт С., Бутиньи С., Томкинсон К. Н., Финни Л. А. и др. (2013). Периплазматический ответ на нарушение трансмембранного транспорта Cu у Pseudomonas aeruginosa . Металломика 5, 144–151. DOI: 10.1039 / c2mt20191g
PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar
Рехман А., Шакоори Ф. Р. и Шакоори А. Р. (2008).Поглощение тяжелых металлов Stylonychia mytilus и его возможное использование для очистки промышленных сточных вод. World J. Microbiol. Biotechnol. 24, 47–53. DOI: 10.1007 / s11274-007-9436-1
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Rolfe, M. D., Rice, C. J., Lucchini, S., Pin, C., Thompson, A., Cameron, A. D., et al. (2011). Фаза задержки — это отдельная фаза роста, которая подготавливает бактерии к экспоненциальному росту и включает временное накопление металлов. J. Bacteriol. 194, 686–701. DOI: 10.1128 / JB.06112-11
PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar
Шахла, С. Н., Мохаммад, Р. К., Гити, Э., Мехди, Ю. М., Шахрияр, С., и Марьям, Ф. (2014). Молекулярный анализ детерминанты сопротивления меди (CopA) в наночастицах оксида меди, устойчивых к Pseudomonas fluorescens CuO-2, выделенным из почвы. Внутр. Дж. Биоски 909 18. 5:11. DOI: 10.12692 / ijb / 5.11.97-104
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Сингх, Н.К., Хатри И., Субраманиан С. и Майилрадж С. (2013). Сборка генома Acinetobacter Generi MTCC 9824. Чандигарх: Институт микробных технологий.
Google Scholar
Сниткин, Э. С., Желязны, А. М., Гупта, Дж., Палмор, Т. Н., Мюррей, П. Р., Сегре, Дж. А. (2013). Геномное понимание судьбы резистентности к колистину и Acinetobacter baumannii во время лечения пациента. Genome Res. 23: 7. DOI: 10.1101 / gr.154328.112
PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar
Стахлин, Б.М., Гиббонс, Дж. Г., Рокас, А., О’Халлоран, Т. В., и Слот, Дж. К. (2016). Развитие островка гомеостаза / резистентности тяжелых металлов отражает усиление медного стресса у энтеробактерий. Genome Biol. Evol . 8: 3. DOI: 10.1093 / GBE / evw031
PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar
Thummeepak, R., Pooalai, R., Harrison, C., Gannon, L., Thanwisai, A., Chantratita, N., et al. (2020). Основные кластеры генов, участвующие в толерантности к меди, идентифицированы у Acinetobacter baumannii клинических и экологических изолятов. Возбудители 9:60. DOI: 10.3390 / pathogens60
PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar
Тимкова И., Седлакова-Кадукова Дж., Пристас П. (2018). Способность к биосорбции и биоаккумуляции актиномицетов / стрептомицетов, выделенных из участков, загрязненных металлами. Расхождения 5:54. DOI: 10.3390 / separations5040054
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Тропп, Б. Э. (2012). Молекулярная биология: гены в белки , 4-е изд.Вашингтон, округ Колумбия: Jones & Bartlett Publishers.
Google Scholar
Фёльмеке, К., Дрис, С. Л., Рейманн, Дж., Альберс, С. В., и Люббен, М. (2012). АТФазы CopA и CopB способствуют устойчивости к меди термоацидофильной археи Sulfolobus solfataricus . Микробиология 158: 6. DOI: 10.1099 / mic.0.055905-0
PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar
Ватанабэ, С., Обаяси, Р., Канесаки, Ю., Сайто, Н., Чибазакура Т., Сога Т. и др. (2015). Интенсивная репликация ДНК и метаболизм во время лаг-фазы цианобактерий. PLoS One 10: e0136800. DOI: 10.1371 / journal.pone.0136800
PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar
Вэнь, К., Лю, X., Ван, Х., и Лин, Дж. (2014). Универсальная и эффективная система безмаркерного разрушения гена для Acidithiobacillus thiooxidans : приложение для характеристики мультикоппероксидазного гена, связанного с толерантностью к меди. Environ. Microbiol. 16:11. DOI: 10.1111 / 1462-2920.12494
PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar
Уильямс, К. Л., Ной, Х. М., Гилбрет, Дж. Дж., Мишель, С. Л. Дж., Зуравски, Д. В., и Меррелл, Д. С. (2016). Устойчивость к меди возникающего патогена Acinetobacter baumannii . Заявл. Environ. Microbiol. 82:20. DOI: 10.1128 / AEM.01813-16
PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar
Язид, М., Бастианудин А., Сутресна Г. (2012). «Анализ профиля протеина ситоплазмы изолят бактерии дари лимба урана cair fasa organik», в Просидинг Пертемуан дан Президаси Ильмиах — Пенелитиан Дасар Ильму Пенгетахуан дан Текнолоджи Нуклир 2012 Пусат Текнологи Акселератор ДАН ПРОИС8.
Google Scholar
Чжао, Дж., Бао, X., Ли, К., Шен, Ю., и Хоу, Дж. (2016). Улучшение продукции монотерпенового гераниола посредством регуляции синтеза геранилдифосфата в Saccharomyces cerevisiae . Заявл. Microbiol. Biotechnol. 100: 10. DOI: 10.1007 / s00253-016-7375-1
PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar
Теория остаточного сопротивления меди по JSTOR
Абстрактный
Cohen & Heine (1958) предположили, что добавление примесей к Cu выводит поверхность Ферми из контакта с границей зоны. Поскольку рассеяние электронов на примесях чувствительно к форме волновой функции и плотности состояний, которые зависят от близости волнового вектора электрона к границе зоны, в транспортных свойствах должны быть аномалии.Например, функция σ (E) (проводимость как функция энергии) должна иметь скачок наклона в точке, где энергетические поверхности просто разрывают контакт. Сделана попытка вычислить σ (E), используя простую эвристическую форму электронной волновой функции и учитывая сильную направленную анизотропию рассеяния на экранированном кулоновском потенциале. Показано, что может существовать небольшой минимум сопротивления, подобный тому, что наблюдается в некоторых сплавах Cu, но связанная с этим аномалия термоэдс имеет неправильный знак.В свете этой теории обсуждаются экспериментальные свойства минимума сопротивления и предлагается программа дальнейших экспериментальных и теоретических исследований.
Информация об издателе
Королевское общество — это самоуправляемое товарищество многих самых выдающихся ученых мира, представляющих все области науки, техники и медицины, и старейшая научная академия, которая постоянно существует. Основная цель Общества, отраженная в его учредительных документах 1660-х годов, заключается в признании, продвижении и поддержке передового опыта в науке, а также в поощрении развития и использования науки на благо человечества.Общество сыграло роль в некоторых из самых фундаментальных, значительных и изменяющих жизнь открытий в истории науки, и ученые Королевского общества продолжают вносить выдающийся вклад в науку во многих областях исследований.
Редокс-активный хелат меди преодолевает множественную лекарственную устойчивость в клетках Т-лимфобластного лейкоза, вызывая апоптоз
Множественная лекарственная устойчивость (МЛУ), опосредованная сверхэкспрессией выходящего лекарственного белка Р-гликопротеина (P-gp), является одним из основных препятствий на пути успешного лечения рака.P-gp действует как энергозависимый насос оттока лекарств и снижает внутриклеточную концентрацию структурно неродственных лекарств внутри клеток. Следовательно, существует острая необходимость в разработке новых молекул, которые менее токсичны для нормальных клеток и предпочтительно эффективны против злокачественных клеток, устойчивых к лекарствам. В этом доклиническом исследовании мы сообщаем об апоптотическом потенциале меди N — (2-гидроксиацетофенон) глицината (CuNG) на резистентных к доксорубицину Т-лимфобластных лейкозных клетках (CEM / ADR5000).Чтобы оценить цитотоксический эффект CuNG, мы использовали различные линии нормальных клеток (NIH 3T3, Chang печень и PBMC человека) и линии раковых клеток (CEM / ADR5000, родительский чувствительный CCRF-CEM, SiHa и 3LL) и пришли к выводу, что CuNG преимущественно убивает раковые клетки. клетки, особенно лейкозные клетки обоих типов, независимо от их МЛУ-статуса, при этом нормальные клетки не затрагиваются. Более того, CuNG включает активные формы кислорода (ROS) для индукции апоптоза в клетках CEM / ADR5000 через внутренний путь апоптоза.Это подтверждается нашим наблюдением, что антиоксидант N -ацетил-цистеин (NAC) и каталаза PEG могут полностью блокировать образование ROS и, следовательно, отменять апоптоз, индуцированный CuNG. С другой стороны, не входящий в комплекс лиганд N — (2-гидроксиацетофенон) глицинат (NG) не может генерировать значительное количество ROS и сопутствующей индукции апоптоза в клетках CEM / ADR5000. Следовательно, CuNG индуцирует апоптоз устойчивых к лекарствам лейкозных клеток и оказывается молекулой, обладающей терапевтическим потенциалом для преодоления МЛУ при раке.
У вас есть доступ к этой статье
Подождите, пока мы загрузим ваш контент… Что-то пошло не так. Попробуйте снова?
Сравните медный провод, микроволновую печь, оптоволокно, инфракрасный порт и (радиочастотную) беспроводную связь по их устойчивости к пассивному и активному прослушиванию.
Одиссей — совсем другой тип героев, чем те, на которых мы сосредоточились в «Илиаде». Сравните его по крайней мере с двумя другими героическими персонажами из «Илиады».
Одиссей — совсем другой герой, чем те, что были в Илиаде . Сравните его по крайней мере с двумя другими героическими персонажами из Илиады .
Эпические поэмы Гомера, Илиада и Одиссея , являются двумя основополагающими текстами западного канона.В совокупности эти авантюрные стихи говорят о войне, товариществе, власти, предательстве, политике и желании вернуться домой. Герои стихов одинаково известны своими героическими качествами. К ним относятся Ахилл, Аякс, Гектор и Одиссей.
Ответ и объяснение:
Одиссей — совсем другой герой из-за того, насколько умно он действует на протяжении всего стихотворения по сравнению с Ахиллом и Аяксом. Аякс изображается как гордый, сильный и ревнивый зверь, чье боевое мастерство не уступает Гектору, но не равняется Ахиллу.Аякс пытался убить собственных товарищей, чтобы заполучить доспехи Ахилла. Ему помешали убить окружающих только из-за Афины, и самоубийство — единственный выход, который ему оставался. Ахиллес — абсолютный воин, никто не может приблизиться к нему в этой части его жизни. Однако его гордость и гнев постоянно мешают ему стать по-настоящему героическим человеком. Он никогда не должен был бросать своих товарищей, он не должен был молиться об их смерти, и он не должен был одалживать Патроклу свои доспехи. Одиссей отличается тем, что он не полагается на грубую силу, как Аякс, и не позволяет собственным чувствам мешать завершению того, что он начал, как Ахилл.Наконец, Одиссей — один из немногих персонажей гомеровской литературы, которые динамичны, действительно меняются и растут на протяжении всей истории.
Режим действия Группа M1: Медь
Создание и поддержание хорошей среды выращивания имеет решающее значение для получения высококачественного урожая. У новичков и неопытных гроверов часто возникают многочисленные вопросы о том, какие питательные среды им следует использовать и как добиться максимальной производительности. Даже опытные производители могут столкнуться с проблемами со средой, будь то субстрат, который они использовали в течение многих лет, или что-то новое, с которым они экспериментируют.
Следует избегать длительного хранения упакованных питательных сред вне помещений. Солнечный свет может разрушить и в конечном итоге разрушить пластиковую упаковку. Есть ли у смеси для выращивания срок годности?
Всегда предпочтительно использовать как можно более свежую смесь для выращивания, потому что некоторые химические и физические свойства могут измениться во время хранения. Степень изменения зависит как от времени, так и от условий хранения.

Будь то мешки, тюки или насыпные, после хранения смесь может высыхать, становясь пыльной и трудной для смачивания.Смесь, хранящаяся на открытом воздухе во влажных дождливых условиях, может впитывать влагу и становиться мокрой и заплесневелой. При транспортировке и заливке влажная смесь легко уплотняется, что приводит к уменьшению пористости при аэрации. Несмотря на свой неприглядный вид, плесень не является патогенной и быстро проходит сама по себе.

Большинство смесей содержат стартовые удобрения. Поскольку смеси стареют во время хранения, естественные микроорганизмы могут потреблять часть этого удобрения, снижая электропроводность и содержание азота.Если старая смесь используется вместе со свежей новой смесью, могут наблюдаться некоторые начальные различия в росте, особенно если первое внесение удобрений откладывается.

Солнечный свет может разрушить и в конечном итоге разрушить пластиковые пакеты или тюки, используемые в качестве упаковки, что может привести к заражению семенами сорняков или болезнетворными организмами. Хотя существует множество «а что, если», смеси для выращивания лучше всего использовать в течение шести месяцев после производства.
2. Уровень pH воды очень высокий. Повлияет ли это на смесь для выращивания и выращиваемые в ней культуры?
PH воды является мерой кислотности или основности раствора.Легко предположить, что pH поливной воды может влиять на pH растущей смеси. Однако один только pH воды мало влияет на смесь. Вместо этого другое свойство воды — уровень щелочности — влияет на pH смеси. Вода с высоким pH может, но не всегда, иметь высокую щелочность и должна побудить производителя провести полный анализ воды для определения уровня щелочности.

Высокая щелочность поливной воды может вызвать повышение pH растущей смеси, что приведет к дефициту микроэлементов в pH-чувствительных культурах, таких как петуния и калибрахоа.Считающийся единственным фактором, высокий pH воды является более важным фактором при приготовлении растворов пестицидов, чем его влияние на растущую смесь.

Вода с низким pH также может вызвать проблемы. Сниженная концентрация бикарбоната в воде с низким pH может вызвать снижение pH растущей смеси, увеличивая вероятность проблем с токсичностью микроэлементов у чувствительных растений, таких как герань и бархатцы.
3. Есть ли преимущество в использовании кокосового волокна в смеси?
Койр, полученный из кокосовой шелухи, по своей природе отчасти похож на торф, но есть различия.Поскольку кокосовое волокно плотнее торфа во время полива, смеси для выращивания с высоким содержанием кокосового волокна менее склонны к осаждению сверху горшка, чем торфяные смеси.

Койр имеет более высокий pH, чем торф. По сравнению с торфом, кокосовое волокно содержит более высокий уровень калия и натрия, что приводит к более высокому уровню растворимых солей. Есть также некоторые свидетельства того, что смеси, содержащие кокосовое волокно, менее подвержены заражению грибными комарами.
4. Как долго я могу хранить смесь, содержащую удобрения с контролируемым высвобождением?
Хорошая практика, которой следует придерживаться при выращивании смеси, содержащей удобрения с контролируемым высвобождением, — использовать ее как можно скорее.В обычных составах для тепличного применения каждое удобрение с контролируемым высвобождением имеет коэффициент долговечности или скорость высвобождения, указанный на этикетке (например, от трех до четырех месяцев, 180 дней и т. Д.). Скорость высвобождения зависит от температуры среды во влажной растущей смеси. Чем выше температура, тем быстрее скорость высвобождения. Поскольку смеси для выращивания содержат некоторое количество влаги, процесс выделения удобрений с контролируемым высвобождением начинается вскоре после их приготовления, что приводит к увеличению уровня растворимых солей.

Во время хранения скорость высвобождения удобрений зависит от температуры, времени, степени влажности растущей смеси и фактора долговечности удобрения. Хотя любую смесь, содержащую удобрения с контролируемым высвобождением, можно безопасно хранить в течение недели или двух перед использованием, уровень растворимых солей следует проверять после длительного хранения перед использованием смеси.

При необходимости уровень соли можно снизить путем выщелачивания после наполнения горшков. Лучшая практика управления — заказывать только то количество смеси, которое можно использовать до того, как выщелачивание станет необходимым.Упакованные смеси следует хранить в прохладном и сухом месте, чтобы свести к минимуму высокие температуры и поглощение влаги.
5. Связывает ли кора азот?
Все компоненты органических смесей подвергаются естественному разложению. За этот процесс ответственны бактерии и грибки. Микроорганизмы потребляют азот вместе с органическим материалом, и азот становится «связанным» внутри клеточной структуры. В смеси для выращивания эти микроорганизмы конкурируют с растениями за азот. Растущие смеси, изготовленные из легко разлагаемого органического материала, могут поддерживать большую популяцию микроорганизмов.

Свежая кора, взятая непосредственно с деревьев, быстро разлагается. Чтобы компенсировать это, производители питательных сред выдерживают или компостируют кору. Полученная в результате компостированная кора устойчива к дальнейшему быстрому разложению.
Правильно обработанная сосновая кора важна для производства чистых смесей для выращивания.
Включение выдержанной или компостированной коры в смесь поддерживает гораздо менее активную популяцию микроорганизмов, чем свежая кора, потребляя или «связывая» меньше азота.Правильно выдержанная или компостированная кора связывает лишь немного больше азота, чем торфяной мох.
6. Являются ли смеси коры «подавляющими болезни»?
Выдержанная или компостированная кора содержит множество видов естественных микроорганизмов. Некоторые из этих микроорганизмов являются родственниками бактерий и грибов, используемых в коммерчески доступных продуктах биоконтроля. При использовании в смеси для выращивания, правильно обработанная кора на короткое время подавляет некоторые болезнетворные микроорганизмы. На эти подавляющие свойства не следует полагаться исключительно для борьбы с болезнями.

Компоненты смеси, которые обрабатываются должным образом, в том числе кора, заселяются микроорганизмами, подавляющими определенные грибковые заболевания. Важно отметить, что слово «подавляющее» — это не то же самое, что «предотвращение». Проблемы с болезнями могут возникать в подавляющих смесях в условиях плохой санитарии или тяжелой болезни. Подавляющие смеси следует использовать в качестве средства борьбы с болезнями наряду с обычными фунгицидами и программами санитарии.
7. Почему pH смеси для выращивания такой низкий при тестировании прямо из пакета?
Ингредиенты для выращивания сосновой коры и торфа, естественно, имеют низкий pH, равный 3.Диапазон от 5 до 4,5. Чтобы отрегулировать pH до желаемого диапазона от 5,5 до 6,5 для растениеводства, необходимо добавить известняк. Как только контейнеры наполнены смесью и она увлажнена, известняк начинает реагировать и повышать pH смеси. Однако известняк не реагирует мгновенно; Для реакции и последующего повышения pH требуется от трех до пяти дней.

Свежеприготовленная смесь прямо из мешка может иметь низкий pH, и только после полива смеси известняк активируется.Поскольку смесь стареет во время хранения, может происходить медленное повышение pH.
8. На поверхности смеси образовалась зеленая корка. Когда смесь высыхает, накипь становится коричневой, и тогда вода не проникает на поверхность. Что вызывает это?
Рост водорослей приводит к образованию зеленой пены на поверхности растущей смеси. При высыхании пена образует непроницаемый барьер, затрудняющий полив. Водоросли, являющиеся растениями, прекрасно себя чувствуют в теплице. На любом постоянно влажном участке теплицы могут расти водоросли.

Чрезмерный рост водорослей происходит при слишком влажной смеси. Избыточный полив, плохая циркуляция воздуха и / или уплотненная среда для выращивания создают условия, которые препятствуют высыханию и стимулируют рост водорослей. Чтобы свести к минимуму проблемы с водорослями, необходимы надлежащее управление водными ресурсами и окружающей средой.
9. Нет ли недостатка в торфяных землях в Канаде? Разве не заготовка торфа
истощение водно-болотных угодий?
Торфяная промышленность Северной Америки очень серьезно относится к проблемам окружающей среды.Например, когда торфяное болото подходит к концу своей продуктивной жизни, в обязательном порядке на этой территории должно быть восстановлено действующее водно-болотное угодье. Эти восстановленные территории могут стать экологически сбалансированными системами в течение 5-20 лет.

Существует неправильное представление о дефиците торфа и неустойчивости урожая. Торф — это возобновляемый ресурс, который накапливается в 70 раз быстрее, чем его собирают. В Северной Америке имеется более 270 миллионов акров торфяных земель, из которых всего около 40 000 акров (0.016 процентов), используемых для производства торфа. Есть также миллионы акров в национальных парках и других заповедниках, которые никогда нельзя трогать.
10. Где я могу найти дополнительную информацию об экологических проблемах, связанных с торфяным мхом?
Веб-сайт Канадской ассоциации сфагновых торфяных мхов www.peatmoss.com/index.php содержит множество ресурсов по сбору торфа и окружающей среде.

Боб Стейнкамп и Майкл Тилли — менеджеры технических служб, Джейми Гибсон — директор по исследованиям и разработкам, а Хью Пул — директор технических служб Conrad Fafard Inc., Техническая служба Fafard, (864) 224-7989, доб. 2382; [email protected]; www.fafard.

Журнал "Дизайнер"