Производство белка на водороде - Волова Т.Г.
Скачать (прямая ссылка):
66
gracilis, Endomyces vernalis поли-|5-оксимасляной кислоты. В работе Р. Макрая и Г. Вилкинсона [Macrae, Wilkinson, 1958] установлено, что в культуре В. megaterium, лимитированный углеродом, количество поли-|3-оксимасляной кислоты мало изменяется с уменьшением скорости роста. Однако исчерпание из среды азота вызывает синтез полимера, концентрация которого достигает 50% и более от веса биомассы.
Таким образом, показано, что при лимитации роста микроорганизмов различными элементами питания химический состав клеток значительно варьирует в зависимости от скорости роста и особенно от характера лимитирующего фактора. Выявление принципиальных закономерностей этих изменений открывает широкие перспективы для трансформации состава биомассы и направленного накопления тех или иных веществ в клетках.
Как было показано, в клетках водородных бактерий A. eutrophus при оптимальных условиях выращивания азотсодержащие компоненты составляют до 13% по общему азоту от веса сухой биомассы [Foster, Litchfield, 1964]. В условиях интенсивного роста количество безазотистых продуктов синтеза в клетках незначительно: на долю углеводов и липидов приходится в среднем по 5—7%, а количество запасного энергетического материала — поли-(3-оксимасляной кислоты — не превышает 1% [Трубачев и др., 1971]. С биохимической точки зрения использование биомассы водородных бактерий для питания человека не имеет противопоказаний. Потребности человека в белках, незаменимых аминокислотах, частично в жирах и витаминах можно удовлетворить за счет бактериальной биомассы, однако по углеводам будет наблюдаться резкий дефицит.
Можно приблизить химический состав микробной биомассы к потребностям человека, направленно изменяя ее химический состав. Чтобы изменить обмен веществ клеток, необходимо каким-то образом блокировать процесс преимущественного синтеза белка. Наиболее простой способ блокирования синтеза белка в клетках — культивирование бактерий при дефиците азота — специфического материала для построения белковых молекул. Возможность использования режима азотного питания для изменения биохимической направленности синтеза макромолекул микроводорослями многократно проверена [Milner, 1953; Aarech, 1955; Клячко-Гурвич, 1964, 1966; Яаска, 1965; Кузнецов, 1967; Садикова, 1969; и др.]. Экспериментально показано, что, изменяя условия роста и используя специфику отдельных штаммов, можно получить биомассу хлореллы практически с любым соотношением клеточных компонентов.
О водородных бактериях A. eutrophus Z-1 известно, что в условиях непроточной культуры при недостатке азота в среде в их клетках синтезируется поли-(3-оксимасляная кислота, количество которой может достигать 70% от веса сухой биомассы [Schlegel е, 1961]. Г. Готшальк [Gottschalk^ 1964] установил,
5*
67
что в клетках водородных бактерий при отсутствии усвояемого азота в среде углерода накапливается примерно на 30% медленнее и в них образуется менее энергоемкое вещество — поли-|5-оксимасляная кислота (ПОМК), которая является субстратом эндогенного дыхания:
3 ФГК —>-2 ФГК —v фосфоэполпируват —>пируват
|-^С02
ацетил КоА
I л.
V I
-----ацетацетия — КоА------
ацетоацетат оксибутилил КоА
I А
„ V I
р-оксимасляная кислота
гтоли-(3-оксимасляная кислота -* <-Влияние условий минерального питания на биохимическую направленность синтеза у A. eutrophus Z-1 в проточной культуре исследовано Т. Г. Кеслер и др. [Андреева, Кеслер, 1973; Кеслер, 1974].
Установлено, что при удалении азота из среды прирост биомассы водородных бактерий прекращается, по существу, с первых часов. Однако в течение некоторого времени культура продолжает метаболизм. Клетки, сохраняя гидрогеназную систему, продолжают окислять водород и ассимилировать углекислоту. За это время происходит изменение биохимического состава биомассы. Перестройка синтетического аппарата бак-
Таблица 7
Биохимический; состав биомассы A. eutrophus Z-1 при исключении из питательной среды отдельных элементов, % от сух.
в-ва
Отсутствующий в среде элемент Опыт «Сырой» протеин РНК Угле- воды Липи- ды ПОМК
Азот Начало 74,0 8,9 5,9 4,8 0,2
Конец 53,0 5,4 8,0 6,0 11,3
Фосфор Начало 76,4 8,5 4,8 5,3 0,2
Конец 55,6 4,4 12,7 5,1 10,8
Сера Начало 78,0 8,2 4,5 4,1 0,2
Конец 61,0 4,5 4,5 5,7 11,2
Магний Начало 73,7 8,1 4,6 5,9 0,3
Конец 55,0 4,5 4,5 5,1 7,2
Калий Начало 76,8 8,4 3,7 4,8 0,2
Конец 76,0 8,2 3,9 5,9 2,0
68
Таблица 8
Аминокислотный состав A. eutrophus Z-1 ори исключении из питательной среды отдельных элементов, % от сух. в-ва
Аминокислота Контроль Отсутствующий в среде элемент
азот фосфор сера магний калий
Глутаминовая 9,7 4,3 4,5 3,4 4,5 8,2
Аспарагиновая 5,6 3,0 4,1 2,8 3,0 3,4
Аланин 7,8 5,3 4,9 4,5 5,5 6,2
Гистидин 1,2 1,0 1,2 1,3 1,3 1,3
Метионин+валин 2,0 2,3 2,8 1,1 1,7 2,2
Тирозин 2,3 2,1 2,0 1,5 1,8 1,7
Пролин 2,7 2,4 1,9 1,7 1,4 2,2
Лизин 3,8 2,7 3,9 2,3 3,4 4,1
Фенилаланин 4,5 2,8 2,1 3,1 3,2 4,1
Треонин 4,7 2,8 2,9 2,4 3,1 3,7
Аргинин 5,7 4,5 3,7 6,4 5,2 5,3
Глицин-)-серии 6,6 3,6 3,4 3,2 2,6 4,5
Леицины 9,4 4,8 5,6 4,6 6,7 7,9
