Биологический каталог




Физиология и биохимия грибов

Автор З.Э.Беккер

сть ферментам путей гликолиза, находящимся в цитоплазме, локализуется в органоидах клетки — митохондриях, легко разрушающихся при их изоляции в бесклеточных экстрактах грибов. При работе с этими ферментами потребовалась разработка специальных мягких методов выделения митохондриальных фракций клеток и последующего отделения ферментов от структурных белков митохондрий, с которыми они связаны, без потери их активности. Для этого было применено быстрое механическое разрушение клеток в подходящем растворителе, заключение их в раствор сахарозы, препятствующий набуханию митохондрий, удаление вредных металлов и т. д. Дыхательные гранулы из митохондрий, активно дышащие и красящиеся rH-индикаторами, например янусом зеленым, были выделены из Allomyces macrogynus, Candida albicans, Fusarium linit Aspergillus oryzae, Myrothecium oxysporum, Neurospora crassa и ряда других грибов (Niederpruem, 1965). У A. macrogynus и А. огу-zae были также выделены митохондрии, способные производить окислительное фосфорилирование.

Последовательность реакций цикла дикарбоновых и трикарбо-новых кислот (ТКК) или цикла Кребса помещена на схеме рис. 3.7.

В первом этапе с помощью конденсирующего энзима в молекулу фосфоэнолпирувата включается молекула углекислоты, в результате чего образуется оксалацетат с четырьмя атомами углерода.

Второй этап состоит в конденсации оюсалацетата с ацетильной группой с образованием шестиуглеродной лимонной кислоты. Кофакторами этой синтетазы являются коэнзим А, ионы К+ и Mg2+. Цитратсинтетаза была выделена из Aspergillus niger и из дрожжей, но у Л. niger она несколько отличалась от дрожжевой, так как не стимулировалась, а угнеталась ионами Mg2+.

В третьем этапе цикла ТКК происходят внутренние перестройки, приводящие к преобразованию цитрата сначала в цисаконито-вую, а затем в изолимонную кислоту. Оба этих этапа полностью обратимы. В первом из них может участвовать высокомолекулярная аконитгидратаза, не активируемая ионами Fe3+ и SH-rpynna-ми. Тот же процесс трансформации цитрата в цисаконитат и обратно и последующий из цисаконитата в изоцитрат может осуществлять и другой низкомолекулярный фермент—аконитаза, активируемая ионами Fe3+ и SH-группами.

В четвертом этапе цикла Кребса изоцитрат окисляется изоцит-ратдегидрогеназой в оксалсукцинат. Кофакторами этого фермента являются НАДФ и металлы Мп2+ или Mg2+. При этом происходит первый сброс двух атомов водорода в дыхательную цепь с выходом энергии.

В пятом этапе цикла ТКК происходит декарбоксилирование оксалсукцината с участием связанной с НАД, НАДФ, Мп2+ или Mg2+ изоцитратдегидрогеназы, приводящее к образованию пяти-углеродной а-кетоглутаровой кислоты. Производящий эту трансформацию фермент был изучен у дрожжей и у Л. niger, у которого он связан с НАД и более лабилен в отношении температуры. Ферменты этого этапа тесно связаны с митохондриями и требуют для поддержания их активности присутствия АТФ или ортофосфата. Образующийся в этом этапе а-кетоглутарат при его аминировании дает начало образованию глутаминовой кислоты, включающейся далее в синтез белков. Однако при недостатке восстановленных форм азота сс-кетоглутаровая кислота метаболизируется далее.

Шестой этап трансформации метаболитов цикла ТКК состоит в декарбоксилировании а-кетоглутарата и одновременной конденсации образовавшегося сукцината с коэнзимом А. Эта реакция осуществляется с помощью а-кетоглутаратдегидрогеназы, производящей окислительное декарбоксилирование при участии в каче\ Углеводе

. sJ

Пальмитиновая кислота

Т Гликолиз СООН Фоссроэнол gOP(OH)2 пируват

7 *

гн, fCOH МалонилКоА

[протеин|

Аспартат0 Пирубат СНС05Ш ООН

С02«

Жирные кислоты

(Мп2+ ПФ Биотип)

р(он)соон

A Xf

f соон

"SH5 \ сшн соон5H)t

?ГОШ/МДК; одммда yCniger) QHOH ^^CDOH СНг МапапК

СООН 2Н 2Н

Фумарат 2И

. (-5Н анионы ингибитор галоидып

ингибитор ССГон малонат}

1нг

Пущина т

соон

КоА

COOHv

««Лсоон

Оксалсукцинат (АТФ, НАД, НАДФ

(?оон^ ^ сн2

а-кето- снг frГлиоксилат

снгон

СООН Гликокол

I—*-1

| Протеин [

f5o/ {Протеин |

соон

Рис. 3.7. Цикл Кребса (модификация, составлениаи по даииым Niederpruem, 1965). В скобках приведены кофакторы и стимуляторы активности данного энзима. Участвующие в цикле Кребса энзимы: / — пируваткарбоксилаза; 2 — цитратсиитетаза; 3 — акоиитаза; За — акоиитгидратаза; 4 — изоцитратдегидро-геиаза; 5 изоцитратдекарбоксилаза; 5а — изоцитратаза; 6 — а-кетоглутарат-дегидрогеиаза; 7 — сукцииатдегидрогеназа; 8 — фумараза; 9 — малатдегидрогеиаза

стве кофакторов Mg2+, Zn2+, ТПФ, НАД, а-липоевой кислоты и КоА, содержащего SH-группу. При этом происходит освобождение энергии, сопровождающее второй сброс в дыхательную цепь двух атомов водорода и образование четырехуглеродного метаболита

(сукцината) в цикле ТКК. Поскольку производящий эту реакцию фермент имеет в своем составе КоА и, следовательно, SH-группьг, при утрате им активности под влиянием арсеиита оиа может быть возвращена при действии тиоловых соединений. Ферменты этого этапа также содержатся в митохондриях и были получены из мицелия A. niger (Ramakrishnan, 1954, цит. по Niederpruem, 1965),

В следующем, седьмом, этапе цикла ТКК сукцинил коэнзим А трансформируется в сукцииат и с помощью сукцииатдегидрогеназы, содержащей в качестве кофакторов флавииовый иуклеотид, 4 молекулы негемового Fe3+ иа молекулу энзима и SH-группы, трансформируется в фумаровую кислоту. При этом происходит третий сброс двух атомов водорода в дыхательную цепь и третий случай освобождения энергии в процессе прохождения этого цикла. Сук-цинатдегидрогеназа была получена в виде препарата 65% чистоты из дрожжей, а также была выделена из ряда гифообразующих грибов таких, как Aspergillus niger, Neurospora crassa, Myrotheci-um verrucaria, Penicillium chrysogenum и Claviceps purpurea. Энзим из С. purpurea оказался сходным с соответствующим энзимом млекопитающих по оптимальной активности при рН 7,7 и конкурентному подавлению его фумаратом, пирофосфатом и малонатом. Однако в противоположность энзиму из млекопитающих, эизим из Claviceps мало реагировал на действие фосфата.

Восьмой этап цикла Кребса состоит в гидрировании фумаровой кислоты с помощью фумаразы и в превращении ее в яблочную кислоту (малат). Фермент фумараза стимулируется двух- и трехвалентными анионами и SH-группами, ио подавляется одновалентными анионами, такими как галоиды и CNS. Этот фермент был выделен из A. niger и из ряда дрожжей. У дрожжей Candida utilis-он существует в двух формах с разным оптимальным рН для их активности. Обе формы удалось разделить с помощью электрофореза.

Последний, девятый, этап цикла ТКК состоит в окислении ма-лата в оксалацетат, что осуществляется с помощью фермента ма-латдегидрогеиазы, которая относится к дегидрогеиазам ос-гидрок-сикарбоксиловых кислот и имеет в качестве кофактора НАД. Эта дегидрогеназа была получена в виде сто- двестикратно очищенного препарата из супериатанта гомогената клеток дрожжей, т. е., видимо, ие связана с митохондриями. У Neurospora crassa были найдены четыре изозима этого фермента (Niederpruem, 1965), а у Ого-myces phaseoli (U. appendiculatus) найдено три таких изозима в его уредоспорах. В этом этапе происходит последний, если ие считать момента включения СОг в пируват, четвертый, сброс двух атомов водорода в дыхательную цепь.

Цикл глиоксилата, являющийся укороченным вариантом цикла ТКК, обнаруженным первоначально у бактерий, встречается также и у грибов, как у дрожжевых, так и у гифообразующих. Этапы обмена по глиоксилатиому пути состоят в следующем (см. рис. 3.7),

Под влиянием фермента изоцитратазы, при одновременном участии коэизима А, происходит расщепление изолимонной кислоты на сукцинил- КоА и глиоксилевую кислоту, содержащую сочетание карбоксильной и спиртовой групп, удобное для процессов конденсации. Сукцинил-КоА трансформируется далее по ходу цикла ТКК в сукцинат и фумарат, а глиоксилат конденсируется с помощью фермента малатсинтетазы с ацетил-КоА, что приводит к образованию яблочной кислоты. При этом отпадает необходимость в прохождении трех этапов цикла ТКК от изоцитрата до сукци-нил-КоА и источник для образования аспарагиновой кислоты в форме малата пополняется сразу двумя путями: через путь сукцинат—фумарат—малат и через конденсацию глиоксилата с аце-тил-КоА. Кроме того, возможен третий путь через восстановление оксалацетата.

Все это приводит к быстрому накоплению обильного материала для биосинтеза аспарагиновой кислоты, получающейся путем ами-нирования малата или оксалацетата и вовлекающейся далее в биосинтез белков. Значение метаболизма в пределах цикла Кребса для грибов так же, как и в случае других живых организмов, сводится к трем основным функциям.

1. Синтез «материнских», или первичных, аминокислот путем аминирования кето- и оксикислот, на основе которых далее синтезируются белки. Главнейшие из этих путей аминирования состоят в трансформациях: оксалацетат (или малат)-аспарагиновая кислота, а-кетоглутарат — глутаминовая кислота и, на пороге цикла ТКК и гликолиза, пируват—аланин, а также глиоксилат—глицин.

2. Получение энергии и реализация окислительного фосфори-лирования в дыхательной цепи, т. е. процесса запасания энергии. Эта функция выполняется благодаря пятикратному сбрасыванию 2Н+ в процессе окисления кислот цикла Кребса. Запас энергии накапливается при этом в форме АТФ или других макроэрги-ческих соединений и служит источником снабжения энергией всевозможных синтезов.

3. Звено цикла ТКК, в котором осуществляется усвоение С02 при образовании щавелевоуксусной кислоты, так же, как и включение СО2 в ацетат при образовании малоната (в жировом обмене), может служить для пополнения в клетке запаса углерода, используемого в различных биосинтезах.

4. Боковые ветви обмена углерода

Как боковые ветви обмена углерода, заканчивающиеся биосинтезом и накоплением специфических веществ экологического или структурного назначения, могут функционировать и основные пути обмена, при условии блокирования дальнейшей трансформации промежуточных прод

страница 14
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48

Скачать книгу "Физиология и биохимия грибов" (2.13Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [обратная связь]

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(20.09.2019)