Производство белка на водороде - Волова Т.Г.
Скачать (прямая ссылка):
8
monas, Arthrobacter, Aguaspirillum, Microcyclis, вторая группа — Cory nobacterium, Mycobacterium, Nocardia. Морфологически большинство видов водородных бактерий — палочки, но есть и представители кокковых, виброидов и спирилл. Таксономическая принадлежность водородных бактерий определяется согласно их морфологии, хемотаксономическим признакам и особенностям органотрофного роста в соответствии с текущей таксономией родов бактерий. Признак водородной автотрофии свободно комбинируется с различными морфологическими признаками и физиологическими свойствами, что свидетельствует о его возможной генетической автономности.
Как факультативные хемоавтотрофы водородные бактерии могут использовать разнообразные органические субстраты и, прежде всего, соединения, метаболизируемые через цикл трикарбоновых кислот: органические кислоты — глюконовую, уксусную, фумаровую, янтарную, оксимасляпую, пировино-градную, глютаминовую и др. Некоторые штаммы гидролизуют труднодоступные циклические соединения, например фенол, оксибензойпую кислоту, ДДТ. Как правило, водородные бактерии не образуют внеклеточных гидролаз и не обладают про-теолитической и липолитической активностью, не разрушают целлюлозу и хитин.
Среди водородных бактерий встречаются виды, ассимилирующие Отсоединения (метанол, формиат, СО), а также азот-фиксаторы и денитрофиксаторы. Наиболее полное описание различных физиологических групп водородных бактерий, отдельных видов, их экологии и таксономии, а также характерных особенностей метаболизма можно найти в монографии Г. А. Заварзина (1978).
Энергию, необходимую для роста, водородные бактерии получают посредством окислительного фосфорилирования, сопряженного с переносом электронов от водорода к кислороду. Продукты энергетического обмена — «восстановительная сила» — НАДЯ и АТФ, которые потребляются главным образом при ассимиляции углекислоты и синтезе аминокислот. Специфика хемолитотрофного роста па водороде заключается прежде всего в функционировании водородактивирующей системы. Активацию водорода и передачу электрона в цепь переноса электропов производит гидрогеназный ферментный комплекс, осуществляющий реакцию Н? -у 2Н+ + 2 е. В бесклеточных экстрактах большинства водородных бактерий имеется две Фракции с гидрогеназной активностью, разделяемые центрифугированием. Гидрогеназа супернатанта названа «водородной Дегидрогеназой». Она выделена и очищена у A. eutrophus Н-16 ISchlegel, 1976], состоит из четырех субъединиц, содержит флавин и негемовое железо, ее молекулярный вес равен 205 ООО. Окисленный энзим восстанавливается только НАД. Функция этого фермента заключается в восстановлении НАД, необходи-
9
ФП —цит.Ъ
ФП —цит. Ь ~-^цит. с
Сукцинат
Рис. 1. Предполагаемая схема электронтранспортной цепи у водородных бактерий (A. eutrophus).
I—III — пункты сопряжения.
мого для фиксации С02, а также как донора электронов для дыхательной цепи.
Мембраны содержат свою гидрогеназу, которая отличается от растворимой своей неспособностью восстанавливать НАД. Ее функция заключается в обеспечении работы электронтранспортной цепи.
Некоторые виды водородных бактерий (P. facicis, корино-бактерии, P. thermophilia) содержат только мембраносвязанную гидрогеназу. Восстановление НАД у этих организмов осуществляется за счет обратного транспорта электронов. Нокардии содержат лишь водородную дегидрогеназу. Образование гид-рогеназпого комплекса ферментов индуцируется водородом и автотрофными условиями роста. У Н. eutropha синтез гидро-геназы полуконститутивен.
Организация дыхательной цепи в общих чертах подобна митохондриальной, так как она включает все основные типы переносчиков — хиноны, флавопротеиды, цитохромы типов Ъ и с, цитохромоксидазы. По данным, полученным на бесклеточ-ных препаратах A. eutrophus, для этого микроорганизма наиболее вероятно функционирование дыхательной цепи, представленной на рис. 1. В этой цепи работают все три известных пункта фосфорилирования и дополнительный трансгидрогеназный пункт. Их совместное действие обеспечивает число транслокаций Н/О, равное 7,7. Количественное содержание цитохромов мало зависит от природы донора электронов и определяется в основном природой и концентрацией акцептора.
Метаболически автотрофный образ жизни в отличие от орга-нотрофного обеспечивается действием восстановительного пен-тозофосфатного цикла (ВПФЦ) ассимиляции углекислоты, требующего дополнительных затрат энергии — ЗАТФ/С. Ассимиляционная мощность клетки, если ее рост не лимитирован
10
источником энергии, определяется специфической активностью карбоксилирующих ферментов, прежде всего рибулезодифос-фаткарбоксилазы. Активность ферментов ВПФЦ зависит от физиологического состояния клеток и связана, по-видимому, с работой мембранного аппарата клетки.
Появление среди ранних продуктов фиксации С02, помимо типичных для ВПФЦ соединений (фосфоглицериновой кислоты и фосфатов сахаров), некоторых аминокислот и органических кислот свидетельствует об участии других реакций карбокси-лирования. У водородных бактерий показано действие ФЕП-карбоксилазы и малик-энзима, активность которых достаточна для обеспечения 10% общей фиксации углекислоты. Водородные бактерии обладают полным циклом трикарбоновых кислот, который в автотрофных условиях выполняет конструктивные функции за счет снижения активности а-кетоглуторатдегидро-геназы и некоторых других ферментов цикла.
