Жизнь микробов в экстремальных условиях - Кашнер Д.
Скачать (прямая ссылка):
рий, не являются стабильными при оптимальных и (пли) максимальных температурах роста, хотя, несомненно, они более термостабильны, чем их мезофильные аналоги. Однако при изучении клеточных стенок факультативного термофила В. coagulans KU было показано, что отдельные гликолитические ферменты в неочищенных экстрактах этого организма, выращенного при 37 и 55°С, так же лабильны, как и ферменты из мезофильных организмов (Nevitsky et al., 1974). В. coaqulans имеет Горе, равную 55°С, и Гшах—от 57 до 58°С; при температуре 37°С, характерной для мезофилов, он обнаруживает аномально высокую скорость роста по сравнению с истинными мезофилами. Эти данные были подтверждены результатами другой работы, в которой была выявлена лабильность глицеральдегид-3-фосфат — дегидрогеназы (ГФДГ) из клеток В. coagulans, выращенных как при 37, так и при 55°С (Crabb et al., 1975). Фермент в неочищенных экстрактах этого факультативного термофила быстро инактивируется через 5 мин при 50°С (табл. G.2). Напротив, ГФДГ из В. се-reus (Suzuki, Imahori, 1973а) устойчива в течение более чем 40 мин при 50°С, а фермент из мышц кролика обнаруживает термостабильность в течение 10 мин при 60°С (Amelunxen, 1966). Как видно из табл. 6.2, при температуре выше 7'тах термоста-бильность фермента в неочищенных экстрактах (концентрация
Таблица 6.2
Индуцированная термостабильность глицеральдегид-3-фосфат— дегидрогеназы из экстрактов клеток Bacillus coagulans, выращенных при температурах 55 и 37°С
Исследуемые пробы Активность, сохраняющаяся через
5 мин инкубации, %1
37° С 50° С 55° С 60° с 65°С 70° С
Экстракт (55°С)
Без добавок 97 19 0 0 0 0
{NHt)2S04 90 92 98 97 86 31
NaCl 102 99 95 99 68 17
Экстракт (37°С)
Без добавок 70 29 0 0 0 0
(NH,i)2SOa 93 87 95 97 52 0
NaCl 93 98 95 89 36 0
1 Контрольные пробы в течение всего эксперимента выдерживали при 4°С, никакого изменения ферментативной активности в mix не наблюдалось.
2 В других экспериментах время инкубации увеличивали до 15 мин; при этом наблюдалось лишь небольшое дополнительное снижение активности в обоих типах экстрактов (55 и 37йС),
белка приблизительно равна 25 мг-мл-1) обусловлена, возможно, повышением ионной силы экстрактов в 1,8 раза благодаря добавлению к ним (NH^SC^ или NaCI до концентрации 8 и 10%' соответственно. Хлорид натрия был использован в этих экспериментах, так как было показано, что он ие влияет на стабильность белка (Von Hippet, Schleich, 1969). Чтобы исключить воздействие какого-либо неизвестного фактора (или факторов), присутствующего в неочищенном экстракте, описанные эксперименты были повторены с гомогенным ферментом, и при этом были получены по существу те же самые результаты (Amelunxen, Singleton, 1976). Хотя мы не определили минимального значения ионной силы, необходимого для термостабильности фермента, нам известно, что фермент нестабилен в 0,15 М растворе сульфата аммония при 4СС. Дамадян (Damadian, 1973) в своих изящных опытах установил, что внутриклеточная концентрация неорганических ионов у Е. coli приблизительно равна 260 мМ, а сами ионы представлены главным образом К+ и NH4+. Если клетки В. coagulans имеют аналогичный состав, то присутствующие в них неорганические ионы не могут обеспечить достаточную для стабилизации ГФДГ ионную силу. Однако благодаря таким полиэлектролитам, как белки, фосфолипиды и нуклеиновые кислоты, общий заряд анионов и катионов в клетке достигает величины 1 моль-кг-1 (Damadian, 1973), что приводит к созданию внутриклеточной среды, способной обеспечить стабилизацию таких ферментов, как ГФДГ.
Основываясь на этих данных, мы считаем, что концепция стабилизации белков in vivo посредством заряженных макромолекул может быть принята в качестве правдоподобного объяснения механизма термофилии у В. coagulans по следующим причинам: 1) несомненная термолабильность ГФДГ (Crabb et al.,
1975) и других гликолитических ферментов (Novitsky et al., 1974) явно противоречит представлениям об их «внутренней» термостабильности, и поэтому способность факультативного термофила В. coagulans размножаться при 55°С должна быть обусловлена каким-то другим механизмом; 2) представление о быстром ресинтезе макромолекул не согласуется с данными об относительно малом различии во времени генерации между клетками, растущими при 37 и 55°С, следовательно, такой механизм был бы невыгоден с энергетической точки зрения; 3) в неочищенных экстрактах клеток, выращенных при любой из двух указанных температур, присутствуют заряженные макромолекулы, которые, однако, из-за разбавления в условиях in vitro не могут полностью проявить своего защитного действия на ферменты. Тем ие менее имитация существующей в условиях in vivo заряженной среды путем добавления к клеточным экстрактам (NH<i)2S04 или NaCI приводит к полному предохранению фермента от инак-
