Производство белка на водороде - Волова Т.Г.
Скачать (прямая ссылка):
Сумма. . . . 66,0 41,6 43,0 38,3 43,4 54,8
терий, вызываемая отсутствием главного элемента белка — азота, снижает синтез его в 1,4 раза. Естественно, что при этом на 40% уменьшается содержание РНК (табл. 7). Исследование качественного состава белка позволяет проследить, за счет каких аминокислот сокращается его количество. Как оказалось, изменяется только количество аминокислот, в то время как весь их набор в белке сохраняется. В первую очередь снижается количество первично синтезируемых аминокислот, аспарагиновой и глутаминовой (предшественников большинства аминокислот) на 42,9 и 53,6% соответственно. Почти наполовину сокращается содержание лейцина, глицина и серина. Образование фенилаланина, лизина и треонина тормозится на 30—40% (табл. 8).
Уменьшение содержания белка в клетках бактерий сопровождается накоплением в них безазотистых продуктов синтеза — липидных веществ и углеводов. Очевидно, количество и активность ферментных систем, ответственных за синтез углеводов или липидов, увеличивается в различной степени в зависимости от условий культивирования и генотипических особенностей исследуемого штамма. При азотном голодании направленность биосинтеза у бактерий A. eutrophus Z-1 изменяется в сторону преимущественного накопления в клетках вещества липидной природы — поли-Р-оксимасляной кислоты. Как установлено, при отсутствии азота в среде через 12 ч содержание полимера в клетках возрастает от 0,6 до 11,3% (см. табл. 7). Синтез углеводов у водородных бактерий выражен в меньшей
Таб лица 9
Показатели роста A. eutrophus Z-1 в зависимости от обеспеченности элементами минерального питания
Элемент Номер этапа опыта с пит, мг/л "рГ с УД, мг/г С., мг/л ф 7 р* 4 и и % ъ к о киэ, % Число генераций культуры
Азот 1 556 4,45 125 260-60 0,18 116,0 21,3 2,4
2 460 4,34 106 60-14 0,15 109,0 23,4 2,0
3 370 4,15 89 14-3 0,09 97,0 20,8 1,8
4 281 4,25 66 Сл. 0,06 76,0 16,1 1,0
Сера 1 23 4,00 5,6 27-15 0,18 4,5 22,4 2,0
2 16 3,87 4,2 15—5 0,15 3,8 21,6 2,4
3 8 4,17 1,9 5—2 0,12 2,9 17,3 2,0
4 3 3,53 0,9 Сл. 0,05 2,5 15,3 1,6
Фосфор 1 78 4,61 16,8 40-10 0,18 17,6 22,3 2,1
2 42 4,62 9,0 10—2 0,11 15,5 21,3 2,0
3 25 4,20 5,9 Сл. 0,08 13,2 15,6 1,6
4 12 4,17 2,9 0 0,04 8,4 13,1 0,5
Калий 1 16 4,80 4,4 26—7 0,18 4,3 20,0 1,5
2 14 4,20 3,3 7—4 0,09 4,0 18,6 2,4
3 10 4,20 2,4 4-1 0,01 2,0 10,3 1,2
Магний 1 18 4,12 4,5 16—13 0,18 4,0 22,6 2,0
2 10 4,08 2,4 13-3 0,16 3,7 23,2 2,4
3 2 4,00 0,5 0 0,03 2Д 14,7 2,0
степени по сравнению с синтезом ПОМК. Содержание углеводов в клетках повышается примерно на 30%, главным образом за счет полисахаридов типа крахмала и гемицеллюлоз, и в меньшей степени за счет водорастворимых сахаров. Более глубоких изменений в биохимическом составе биомассы не отмечено, так как отсутствие азота в среде приводит к быстрой гибели клеток. Следует учесть, что физиологические перестройки требуют известного времени. При быстром изменении условий среды микробные клетки, обладая некоторой физиологической инерционностью, не успевают приспособиться к ним. Так, И. JI. Ра-ботнова (1975) отмечает, что наибольшие различия в составе клеточных полимеров и в физиологическом состоянии при разных лимитациях наиболее сильно выражены у медленно растущих голодающих клеток.
В связи с этим исследован рост бактерий в условиях азотного голодания в длительном (88 ч) поэтапном опыте, в ходе которого регулировали постепенное уменьшение удельной скорости бактерий уменьшением концентрации азота в питательной среде (табл. 9).
Рост водородных бактерий в условиях азотного голодания приводит к глубокому изменению биохимического состава клеток. К концу опыта при резком дефиците азота количество «сырого» протеина в биомассе составляет 48,1% от веса сухого ве-
70
Таблица 10
Химический состав A. eutrophus Z-1 в зависимости от обеспеченности элементами минерального питания, % от сух. в-ва
Исследуемый элемент Номер этапа опыта Органический состав клеток Неорганический состав клеток
«Сырой» протеин 1 ПОМК 1 ! i Углеводы! (без клет-i чатки) 1 Липиды РНК ДНК S Р К Mg
Азот 1 76,1 7,5 5,2 10,0 _
2 73,0 3,9 7,4 6,8 — — —
3 69,1 4,1 9,2 6,1
4 60,0 10,9 13,8 7,6 — — — —
5 48,1 22,0 16,7 8,7 6,3 — — — —
Сера 1 76Д 0,1 7,4 5,6 12,0 0,45 1,84 0,41 0,38
2 73,6 0,2 7,3 4,9 0,38 1,72 0,35 0,35
3 73,1 0,5 7,2 5,9 0,29 1,72 0,26 0,31
4 63,8 12,6 7,0 5,5 — — — —
5 49,5 33,2 6,0 4,1 5,0 0,25 1,60 0,24 0,31
Фосфор 1 76,2 0,2 7,5 6,9 12,5 0,47 1,76 0,40 0,36
2 74,9 0,3 7,4 6,5 0,44 1,60 0,35 0,38
3 73,6 0,2 7,3 5,7 — 0,42 1,55 0,34 0,36
4 68,0 9,9 7,6 — 0,36 1,32 0,30 0,28
5 56,4 23,0 9,3 5,1 5,9 0,25 0,84 0,15 0,27
Калий 1 76,7 0,2 7,0 4,0 12,3 0,48 1,76 0,43 0,32
2 71,1 5,3 7,5 4,3 — 0,47 1,56 0,40 0,36
3 59,2 15,5 10,1 5,4 10,0 0,48 1,50 0,20 0,33
Магний 1 78,0 0,3 6,6 6,0 12,0 0,47 1,62 0,40 0,40
2 — — — — 0,47 1,44 0,34 0,34
3 72,5 2,1 5,8 5,4 — 0,45 1,52 0,27 0,27
4 63,6 14,6 6,4 5,0 11,5 0,39 1,55 0,21 0,21
Щества (табл. 10), почти наполовину сокращается содержание большинства аминокислот (табл. И). Количество нуклеиновых кислот уменьшается до 6,3%, а содержание ПОМК возрастает до 22%, это почти в 10 раз превышает его исходную концентрацию. Увеличивается также синтез липидов в клетках и углеводов. В связи с перестройкой синтеза биохимических соединений у водородных бактерий в условиях дефицита азота изменяется характер поступления остальных биогенных элементов в клетки: серы, фосфора, калия и магния (см. табл. 10). В большей степени затрагивается обмен калия и магния, что вполне объяснимо, так как известно непосредственное участие этих элементов в синтезе белковых веществ. Снижение внутриклеточной концентрации серы связано с уменьшением количества серосодержащих аминокислот в белке. Таким образом, установлено, что условия азотного питания существенно влияют на физиолого-биохимические свойства бактерий Alcaligenes eutrophus Z-l2 причем биохимический синтез сдвигается в сторону
