Микробиология - Гусев М.В.
Скачать (прямая ссылка):
Нитрогеназная система катализирует восстановление N2 до аммиака. Последний включается в молекулу глутаминовой кислоты в реакции, катализируемой глутаминсинтетазой:
глутамйновая кислота + ЫНз-*тлутамин.
В таком виде фиксированный азот транспортируется из гетероцист в вегетативные клетки, где с помощью глутамин-кетоглутарат амидо-трансферазы осуществляется перенос NH2-rpynnbi на молекулу а-кёто-глутарата:
глутамин + - кетоглутаровая кислота -> 2 молекулы глутаминовой кислоты.
Одна из молекул глутамата возвращается в гетероцисту для очередного акцептирования NH3, другая поступает в метаболизм вегетативной клетки. В целом в отношении азотного метаболизма зрелые гетероцисты отличаются от вегетативных клеток активной нитрогеназой, высоким уровнем глутаминсинтетазы и низким уровнем глутамин-кетоглутарат амидотраисферазы.
Таким образом, все структурные и функциональные перестройки, происходящие в процессе формирования гетероцист, направлены на поддержание высокой активности нитрогеназы, что достигается, с одной стороны, путем эффективного ее снабжения восстановителем и энергией, с другой — защитой от молекулярного кислорода за счет
283
уменьшения проникновения O2 через утолщенные оболочки гетероцист, реорганизации их фотосинтетического аппарата и высокой активности дыхания.
Прохлорофиты
В 1975 г. Р. А. Левиным (R. А. Lewin) описаны одноклеточные симбиотическис организмы, названные прохлорофитами -', имеющие прокариотное строение клетки, осуществляющие фотосинтез кислородного типа, но отличающиеся от цианобактерии составом пигментов и внутриклеточной организацией фотосинтетических мембран, что послужило основанием для выделения этих организмов в отдельный порядок Prochlorales наряду с Cyanobacteriales в рамках подкласса Оху-photobacteria (см. табл. 27). Прохлорофиты — внеклеточные симбионты (экзосимбионтьт), обитающие на поверхности тела морских животных — колониальных асцидий 12.
В настоящее время прохлорофиты представлены одним родом Prochloron. Отсутствие чистых культур задерживает изучение этих организмов. И хотя штаммы, обитающие в ассоциациях с разными видами и родами асцидий, морфологически различаются, имеющихся данных недостаточно для более детальной классификации прохлорофит. Все известные культуры, объединенные в один вид P. didenini, — одноклеточные; клетки неподвижные, сферической формы, диаметром от 6 до 25 мкм. Размножаются бинарным делением. Клеточная стенка грамотрицательного типа, содержит пепт'идогликан; снаружи окружена тонким слоем материала полисахаридной природы, с помощью которого клетки, вероятно, прикреплены к телу хозяина. Нити ДНК, не отграниченные от цитоплазмы мембраной, располагаются в центральной области клетки.
Большую часть цитоплазмы занимают тилакоиды, располагающиеся обычно концентрическими кругами по периферии клетки. Тилакоиды, как и у цианобактерии, лежат в цитоплазме «свободно», т. е. не отделены от нее замкнутой мембраной, и имеют тенденцию сближаться, образуя пары или стопки, состоящие из трех и более тила-коидов. Внутренние и наружные поверхности тилакоидных мембран гладкие. Фикобилисомы и фикобилипротеиды не обнаружены.
Фотосинтетические пигменты представлены хлорофиллами а и Ь и каротиноидами. Основную массу последних составляют ?-каротин (приблизительно 70% от суммы каротиноидов) и ксантофилл, близкий к зеаксантину (около 25%). Обнаружено также несколько каротиноидов в незначительных количествах, среди которых идентифицированы эхиненон, ?-криптоксантин, изокриптоксантин и др. Все эти кароти
11 В названии, предложенном Р. А. Левиным, отражено представление об этих организмах как о возможных предшественниках эукариотных зеленых водорослей (Chlorophyta), произошедших от подобных прокариот или путем длительного процесса внутриклеточной дифференцировки, или же в результате симбиогеиеза. В последнем случае прохлорофиты — предки хлоропластов.
12 Асцидий относятся к низшим хордовым, классу Ascidiae, объединяющему около тысячи одиночных и колониальных видев. Обитают только в морях. Тело асцидий покрыто туникой, имеющей сложное строение. Туника обычно пропитана неорганическими солями. У одних видов асцидий она тонкая, гладкая, полупрозрачная, иногда студенистая или желеобразная, у других — толстая, бугристая. Скопления клеток прохлорофит обнаружены в области ротового или клоакального сифонов или погружены в материал туники.
2S4
ноиды найдены и у цианобактерий. По составу стеролов, жирных кислот и гликолипидов прохлорофиты также близки к цианобактериям. В цитоплазме Prochloron обнаружены 705-рибосомные частицы, содержащие РНК 16S- и 235-типов, аналогичную рибосомальиым РНК прокариот и хлоропластов эукариот. Молярное ГЦ-содержание в ДНК — 39—41%.
Изучение функционирования фотосинтетического аппарата позволило обнаружить активную фиксацию CO2, осуществляемую в цикле Кальвина, о чем свидетельствуют активности двух специфических ферментов этого пути: рибулозодифосфаткарбоксилазы и фосфорибулоки-назы. Первый фермент содержится в клетке в растворимой форме и в карбоксисомах и состоит из 8 больших и малых субъединиц, что характерно для рибулозодифосфаткарбоксилазы цианобактерий и зеленых водорослей. Конечным продуктом углеродного метаболизма на свету является полисахарид, схожий с гликогеном цианобактерий. По-ли-р-оксимасляная кислота не найдена. В качестве одной из ферментных систем защиты от токсических форм молекулярного кислорода, образующегося внутриклеточно, обнаружена супероксиддисмутаза Fe/Mn-типа, характерная для прокариотных форм. В аэробных условиях предпринимались попытки обнаружить нитрогеназную активность, давшие отрицательный результат. Однако вопрос о способности про-хлорофит к азотфиксации нельзя считать решенным, так как в анаэробных условиях подобные опыты не проводили.
