Микробный синтез на основе целлюлозы: белок и другие ценные продукты - Лобанок А.Г.
ISBN 5-343-00283-8
Скачать (прямая ссылка):
Пектолитические ферменты не только вовлечены в патогенез растения, часто ими инициируется атака патогена. В небольших количествах они продуцируются Rhizobium и некоторыми другими симбиотическими микроорганизмами. Значительные потери свежих фруктов и овощей наблюдаются во время их транспортировки и хранения в результате грибных и бактериальных инфекций. Получение текстильного волокна из льна и джута связано с действием пектолитических микроорганизмов. Они участвуют в разложении и минерализации растительных остатков, играют важную роль в процессе пищеварения у жвачных животных. В значительном количестве пектолитические бактерии обнаруживаются в рубце этих животных. Нельзя рассматривать вопросы разложения растительных материалов без учета роли пектолитических ферментов микроорганизмов.
Из приведенных в этой главе данных видно, что в настоящее время имеется возможность активного синтеза целлюлолитических ферментов микроорганизмами на средах, не содержащих специфических индукторов, однако для промышленного получения этих ферментов используются среды, содержащие в качестве индукторов соответствующие субстраты.
Регуляция катаболитрепрессируемых ферментов у бактерий осуществляется через дополнительный контроль уровня циклического 3', б'-аденозинмонофосфата (цАМФ) в клетке. Таким образом, экспрессия катаболитрепрессируемых ферментов у бактерий является результатом метаболической активности клетки и генетических регуляторных механизмов.
Регуляция образования грибных экзо- и эндоглюканаз может также реализовываться на уровне секреции этих ферментов.
5*
67
Внеклеточные ферменты синтезируются на связанных с мембраной рибосомах. Они распознаются как внеклеточные по специфической сигнальной последовательности в мРНК. Этап процессинга включают гликозилирование, упаковку в секреторные везикулы, передвижение к месту экспортации и высвобождение в окружающую среду.
Существует мнение, что синтез целлюлаз, в частности у грибив рода Trichoderma, индуцирован. Видимо, синтез вызывается целлюлозой, лактозой, целлобиозой и софорозой. Но не ясно, как такой «естественный» индуктор, как целлюлоза, не проникающая в клетку, может повлиять на экспрессию генов. Не исключено, что индукция является результатом физического контакта субстрата и клетки. В этом случае на поверхности клетки должны быть сайты узнавания, которые активируют механизм синтеза целлюлазы. Считается, что базальный синтез целлюлазы происходят конститутивно. В результате действия базальной целлюлазы высвобождается истинный индуктор, каким может быть, например, софороза, образующаяся из целлобиозы путем трансгликозили-рования. Однако если софороза является активным индуктором целлюлаз у грибов, то бактерии, а также грибы Phanerochaete не реагируют на софорозу как на индуктор.
Хорошо известно, что синтез целлюлаз подвержен катаболитной репрессии, тем не менее механизм КР у грибов точно не установлен. Montenecourt et al. (1981) не выявили очевидной коррс ляции между уровнем цАМФ в мицелии и образованием целлобиозы у Trichoderma reesei. Синтез эндоглюканазы, одного из катаболитрепрессируемых ферментов этого гриба, также не связан с внутриклеточным уровнем цАМФ. Видимо, эффект КР проявляется в процессе трансляции. Это обстоятельство, по мнению Montenecourt et al. (1981), не исключает возможности того, что какое-то другое соединение взаимодействует с сенсорным геном и регулирует изменение уровня цАМФ.
Мутанты Trichoderma в опытах Montenecourt et al. (1981) наряду с выходом целлюлазы увеличивали также выход внеклеточных белков в целом. Это обстоятельство, как считают авторы, а также регуляция синтеза белка у прокариотов (модель Дэвидсона—Бриттена) свидетельствуют о том, что синтез всех внеклеточных белков контролируется общим регуляторным фактором — избытком рецепторных сайтов.
Wood et al. (1984) сопоставили удельную скорость синтеза целлюлазы с внутриклеточным уровнем цАМФ у термофильного актиномицета Trichomonaspora curvata на среде с различными источниками углерода. Отмечен более активный синтез целлюлазы и цАМФ в клетках на среде с целлюлозой, чем в клетках на среде с глюкозой. Целлобиоза снижает уровень образования фермента. В целом же нет прямой зависимости между уровнем цАМФ в клетке и скоростью синтеза целлюлазы. Скорее всего, цАМФ участвует в механизме регуляции синтеза целлюлазы не-
68
прямым путем. Manning и Wood (1983) считают, что одним из механизмов регуляции внеклеточной целлюлазы у Agaricus bis-porus является катаболитная инактивация фермента.
Макромолекулы ферментов, продуцируемые микробной клеткой, могут находиться в цитоплазме, периплазменном пространстве, быть связанными на клеточной стенке и, наконец, выделены в окружающую среду. Соответственно ферменты подразделяются на внутри-, внеклеточные и связанные с клеточной стенкой. В настоящее время белок считают внеклеточным, если он выходит за пределы цитоплазматической мембраны (Безбородов, Астапович, 1984). Ферменты способны накапливаться в периплазматическом пространстве между клеточной мембраной и клеточной стенкой. Так, у бактерий периплазматические ферменты могут связываться со структурными элементами клетки.
