Жизнь микробов в экстремальных условиях - Кашнер Д.
Скачать (прямая ссылка):
ние аминокислот в системе in vitro зависело от экзогенной матрицы (poly-U), рибосомной и надосадочной фракций, а также от источника энергии (GTP). Было обнаружено, что система продолжает функционировать и после замены рибосомной и иадоса-дочной фракций из Т. thiooxidctns аналогичными фракциями, полученными из Е. coli или В. thuringiensis. Интересно, что температурный оптимум для включения аминокислот составлял 37— 45°С, более высокий температурный оптимум наблюдался только у термофильных организмов. Это может оказаться существенным при рассмотрении термофильных ацндофилов. К сожалению, пока отсутствует информация, касающаяся синтеза ферментов или других белков у этих организмов.
д. Другие ацидофилы. Результаты нескольких недавних работ свидетельствуют о том, что и у ряда других ацидофильных организмов, отличных от бактерий, внутриклеточный pH близок к нейтральному. Изучая жгутиковую зеленую водоросль Chlamy-domonas acidophila (растет в диапазоне pH 2—4), Кэссин (Cas-sin, 1974) установил, что этот организм остается зеленым при таких значениях pH, при которых другие, не устойчивые к кислоте виды Chlamydomonas утрачивают зеленый цвет (феофитини-зация); это наводит на мысль о наличии у данного вида некоего механизма выделения Н+.
Было предпринято исследование физиологии и фотосинтеза эукариотической водоросли С. caldarium, у которой оптимум роста наблюдался при pH 2—3 и температуре 45°С (Enami, Fukuda, 1975; Enami et al., 1975). Для этого были получены частично разрушенные клетки, у которых полностью отсутствовала внешняя клеточная стенка, но еще сохранялась субклеточная структура. Была изучена реакция Хилла с использованием я-бензохниона в качестве окислителя Хилла. У клеток, лишенных внешней клеточной стенки, реакция Хилла была максимальной при pH 7 и температуре 35°С. Активность полностью утрачивалась при pH 3 и температуре 50°С, т. е. в условиях, когда иитактные' клетки обнаруживают максимальную активность. Это позволяет предположить, что клеточная стенка играет важную роль в устойчивости данного организма к кислоте.
3. Алкалофилы
Как и в случае ацидофилов, внутриклеточный pH алкалофи-лов, по-видимому, близок к нейтральному. Хотя об этом известно пока еще слишком мало, следующие примеры подтверждают мнение о различиях между величинами pH вне и внутри клеток этих организмов.
Ларсон и Каллио (Larson, Kallio, 1954) выделили фермент уреазу из В. pasteurii (оптимум роста при pH 9,2). Очищенный фермент обнаруживает оптимум активности при pH 6,5—7. Активность уреазы в клеточных лизатах была в 5 раз выше, чем в целых клетках. Уайли и Стоукс (Wiley, Stokes, 1962, 1963) нашли, что суспензии разрушенных клеток В. pasteurii имеют pH 6,8. Кроме того, было показано, что для окисления низких концентраций глицерина, глутаминовой кислоты, аланина, серина, фу-маровой кислоты и других субстратов суспензия покоящихся клеток нуждалась в pH 8,5—9 и специфическом присутствии NH3. В отсутствие NH3 никакого окисления этих субстратов суспензиями целых клеток не наблюдалось. Однако разрушенные клетки окисляли эти субстраты при pH 7,2 в отсутствие NIT3 и окисление фактически ингибировалось при повышении pH или при добавлении NH3. На основании этих исследований был сделан вывод, что внутриклеточный pH близок к нейтральному и что щелочная среда не влияет на содержимое клетки.
Позднее было выделено несколько нуждающихся в щелочи бацилл, различные внеклеточные ферменты которых были исследованы в отношении их стабильности в щелочной среде. Как и можно было предполагать, эти ферменты имеют оптимум pH в щелочной области. Приведем некоторые примеры: щелочная про-теаза, pH 11,5—12 и пектиназа, pH 10—10,5 (Horikoshi, 1971а,
1972); щелочная амилаза, pH 9,2—10,5 (Horikoshi, 1971b; Boyer, Ingle, 1972); щелочная каталаза pH 10 (Kurono, Horikoshi, 1973) и |3-1,3-глюконаза, pH 8,5 (Horikoshi, Atsukawa, 1975). Так как упомянутые выше исследования не дали информации о внутренних условиях, существующих в клетках, из которых были получены перечисленные ферменты, были поставлены эксперименты по определению облигатных потребностей в щелочи бациллы (оптимум роста при pH 10—10,5), выделенной из ферментируемых листьев индигоносного растения (Ohta et al., 1975). Эта бацилла обнаруживала максимальную активность в отношении синтеза белка и нуклеиновых кислот, поглощения аминокислот, а также потребления кислорода при pH 9—10,5. Препараты мембран окисляли NADH с максимальной скоростью при pH 7,5, а связанная с мембраной АТРаза проявляла максимальную активность при pH 7. Растворимая клеточная фракция обладала максимальной дегидрогеназной активностью в отношении L-лакта-та, L-аланина и малата при pH 7,4—8,9. Во всех случаях этн связанные с мембраной или растворимые ферменты не обнаруживали какой-либо активности при pH. 10, оптимальном для роста клеток. Было высказано предположение, что внутриклеточный pH приближается к нейтральному, а устойчивость клеток к щелочи обусловлена связанным с мембраной механизмом исключения ионов ОН~.
Можно привести и другие примеры, показывающие, что организмы, нуждающиеся в экстремальных значениях pH, не отличаются какими-либо особенностями функционирования их ферментных систем, а их внутриклеточный pH не зависит от внешних условий. Перечисленные выше примеры позволяют предположить, что различие между величинами внешнего и внутриклеточного pH, вероятно, обусловлено удалением из клетки ионов И+ или ОН-, что осуществляется при участии клеточной стенки или мембраны и (или) с помощью метаболически активного откачивающего механизма.
