Биологический каталог




Физиология и биохимия грибов

Автор З.Э.Беккер

уктов биосинтеза, накапливающихся в клетке или в культуре. Примером этого может служить накопление этилового алкоголя у дрожжей (спиртовое брожение) или молочной кислоты у мукоровых грибов или, наконец, маннита у видов рода Aspergillus. В основе этих боковых путей углеродного обмена лежит всего один дополнительный этап, состоящий в восстановлении образующихся метаболитов и отвлекающий эти продукты из путей основного обмена.

Однако существуют специальные многоэтапные боковые пути биосинтеза, отобранные в процессе эволюции как важные экологические приспособления. Особенно много таких приспособительных биосинтезов существует в путях обмена жиров и терпенов. Как тот, так и другой пути исходят в основном из ацетата или, вернее, из ацетил-КоА.

Обмен жиров и образование поливное. Жирные кислоты и жиры имеют наиболее близкое отношение к основному обмену, так как являются структурными элементами клетки, обеспечивающими сохранение раздела сред почти во всех мембранных клеточных структурах (клеточные мембраны, митохондрии, аппарат Гольджи и т. д.). Видимо, липиды, а в особенности стероиды и фосфолипи-ды, являются не только запасными веществами, хотя и эту роль они тоже играют, а составляют компоненты структурных элементов клетки, обеспечивая определенные механизмы проницаемости, последовательность биохимических реакций и поддержку определенной структурной организации клеточных элементов. Особое значение они имеют для функционирования многочисленных мемб-ранно-связанных энзимов.

Липиды занимают очень важное место в обмене грибов, это можно видеть уже из данных по их общему количеству (Weete, 1980), которое, с одной стороны, может достигать больших величин от сухой массы, а с другой — может сильно колебаться в зависимости от внешних условий и возраста культуры.

Особенно большие количества липидов находили у ряда мукоровых грибов (до 40—55%), у дерматофитов (45—56%), У некоторых рас дрожжей (до 65—87%) и у Chaetomium globosum (54%). То, что при отдельных анализах их количество сильно меняется, например, у Claviceps purpurea в 15 раз, а у Tilletia nudus более чем в 200 раз и почти у всех мукоровых грибов в 10 раз, указывает на очень активное участие липидов в их обмене веществ, сопровождающееся либо их синтезом, либо распадом.

В составе липидов грибов и других организмов обычно различают шесть фракций: углеводороды, стеролы, их эфиры, жирные кислоты, их глицериды и фосфолипиды, среди которых наиболее мощные фракции у грибов составляют триглицериды жирных кислот и фосфолипиды (Weete, 1980).

У отдельных таксономических и экологических групп соотношение фракций может меняться (табл. 3.2). Например, почти у всех дрожжей более важное место по сравнению с триглицери-дами занимают эфиры стеролов, тогда как у исследованного представителя оомицетов Pythium ultimum фосфолипиды уступают место свободным жирным кислотам (см. табл. 3.2).

Принципиальная схема биосинтеза насыщенных жирных кислот исходит из малоновой кислоты, точнее из малонил-КоА, образующегося из ацетил-КоА путем включения в него С02, происходящего

аналогично образованию щавелевоуксусной кислоты из пировино-градной. В этой реакции также участвуют биотин и используется энергия фосфорных связей, получаемая от АТФ. Во всех реакциях биосинтеза жирных кислот ведущую роль занимает КоА (рис. 3.8).

Первый этап биосинтеза насыщенных жирных кислот состоит во включении С02 в ацетил-КоА, в результате чего образуется малонил-КоА.

Во втором этапе происходит конденсация малонил-КоА с новой порцией ацетил-КоА, в результате чего синтезируется содержащий пять атомов углерода ацетомалонил-КоА. ,

Вслед за этим протекает третий этап—восстановление и де-карбоксилирование ацетомалонил-КоА с образованием бутирил-КоА, содержащего уже четыре атома углерода. В этой реакции принимает участие НАДФ-Н.

Конденсация с малонилкоэнзимом А может повторяться боль шее число раз, каждый раз сопровождаясь декарбоксилированием и восстановлением, что приводит к добавлению на каждой ступени по два атома углерода к образующейся цепи жирной кислоты. Принимающие в этом процессе участие энзимы и кофакторы приведены в схеме на DHC. 3.8, 3.9.

Образование насыщенных жирных кислот обычно происходит на фоне более восстановленного режима обмена, т. е. при относительно низком рН системы, тогда как насыщенные жирные кислоты требуют для биосинтеза большего преобладания процессов окисления, т. е. более высокого уровня рН и участия в биосинтезе окисленной формы НАД+. При этом ацилированная форма насыщенной жирной кислоты (R—СО—SKoA) отдает по второму и третьему атомам углерода два атома водорода и по этим атомам углерода образуется двойная связь. По ней может присоединяться с помощью энолгидразы молекула воды, образуя оксикислоту, которая при вторичном окислении НАД+-дегидрогеназой дает кето-кислоту, способную отщеплять по кетогруппе фрагмент ацетил-КоА. Образующиеся в результате такого окисления и расщепления жирНасыщенные жирные {Фон восстановления

кислоты CH3COGOOH

с денарбоксилиробанием) Пиру&ат

КоА

'FC -нечетный), 'СООН CH2(CH2)RW со CHC0SKOI

\цилмалонил ВС

СО'

;оон зс

СНС05 Ко А-Малонил КоА

СОС Н3 COSКОА Ацетил коА

Н0Н2С-СН0Н-СН2ОР,

1-глицеросросаэат

Капронил КоА

Azh г

ссон

У * CH3COCHCOSK0A \ Ацетомалонил КоА

СООН I

\СН3СН2СНГ C0CHC0S«^>4 Бутиромалонил КоА ТС. ( С - четный)

СНЗ(СН2)П СООН Жирные кислоты, и полиэны

CHjCH2CH2 COS КоА бутирил КоА

CHjCOCHjCOKoA/ | Ацетоацетил/

КоА

(С -четный) CHJFCH^N^COCHZCOKOA Л -кетоацил КоА

+ НГ0 СН2СН = СНСО$/(0Л НротонилКоАСНЗ(СН2)п-2СНОНСН2С05/(ОА J3-CH- ацил КоА (С- четный)

Ненасыщенные Мирные кислоты

(Фон окисления без декарбоксилиродания)

Рис. 3.8. Сопряженная схема биосинтеза насыщенных и ненасыщенных жирных

кислот

ные кислоты обычно содержат на два атома углерода меньше в их цепи, чем исходные. Описанный процесс известен под названием ^-окисления. Повтор первых двух этапов может привести к образованию полиенов и жирных кислот с высокими уровнями ненасыщенности. Этот процесс протекает в основном в митохонд

о

CHj-C-S MP

ногс

о

11

(3)

Н02С - CHZ-C-SACP

уо

CH3-CH2-CHZ-C-SACP Насыщенная. ацилированная (исходная! форма

Повторный цикл для удлинения цепи

(7)

^ АСР

(НАДН)

CH,-8-CH,-C-SACP Мтоация3 L -форма

сн3сн- сн- с—ДСР Энольная Форма

НАДФН НАДФ

ОН

гн-)сн3-сн-сн2-с - SACP

Рис. 3.9. Путь биосинтеза жирных кислот (Weete, 1980). SCoA — коэнзим А; SACP — переносящий ацильные группы протеин. Участвующие в синтезе жирных кислот энзимы: / — ацетил-КоА-карбоксилаза; 2 — ацетил-КоА-АСР-транс-ацилаза; 3 — малонил-КоА-трансацилаза; 4 — эноил-АСР-редуктаза; 5 — 3-гидрокси-АСР-дегидраза; 6 — 3-кетоацил-АСР-редуктаза; 7 — кетоацил-АСРсинтетаза

риях с участием карнитина в переносе через мембрану (рис. 3.10) ацилированных жирных кислот. Это хорошо согласуется с отмеченным ранее (Беккер, 1956, 1963) совпадением снижения количества жиров в мицелии продуцента пенициллина и других грибов с дифференцировкой клеточных структур, в частности с сильным обогащением митохондриями. Напротив, более ранний в их онтогенезе период накопления жиров характерен, судя по цитохимическим признакам, обилием в гифах микросомальной фракции.

Приведенное выше представление о ходе биосинтеза жирных кислот требует некоторых дополнений: во-первых, порядок очеред

иости формирования жирных кислот в настоящее время трактуется как последовательность от кетоформы, через гидроксиформу и энольную, к насыщенной форме, а не наоборот (см. рис. 3.8). Обратный порядок приписывается не синтезу, а использованию жирных кислот. Во-вторых, у грибов обнаружен путь формирования ненасыщенных жирных кислот из насыщенных, который локализован в микросомальной фракции цитоплазмы и включает окси-геназную систему с участием цитохрома 450, весьма сходную с таковой у дрожжей (Weete, 1980). Порядок реакций в этой системе следующий:

НАДН -*» НАДН-цитохром Ьь редуктаза -> цитохром Ъъ -+ ЦЧФ ->> пальмитил КоА-г-04 пальмитолеил KoA-f-H20 (ЦЧФ—цианидчувствительный фактор)

Данные о сравнительных свойствах синтетаз жирных кислот у разных организмов (Weete, 1980) показали, что у грибов они ближе к синтетазам млекопитающих. Синтетазы как у животных, так и у грибов представляют собой не индивидуальные энзимы (как у бактерий и растений), а мультиферментные системы.

Распад жиров в клетках грибов происходит в более поздних стадиях онтогенеза либо при формировании из ненасыщенных жирных кислот низкомолекулярных насыщенных фрагментов (Беккер, 1956, 1963), либо при полном их окислении с последовательным отщеплением двухуглеродных фрагментов ацетата, деградирующих в цикле трикарбоновых кислот до С02 и воды. Распад этого типа (^-окисление) энергетически очень продуктивен, так как окисление каждого двухуглеродного -фрагмента дает формирование пяти молекул АТФ, для начальной же активации этого процесса требуется только одна молекула АТФ.

Уравнение реакции трансформации жирной кислоты: Жирная кислота С18+1 АТФ+8 KoASH + 7 ФАД-г-7 НАД+—*8 АцКоА-Ь -7 ФАДН2+7 НАДН+7 Н++АМФ+РР„ (пирофосфат). Исходя из этого рассчитано, что при распаде одной молекулы пальмитиновой кислоты (жирная кислота Ci8) с последующим полным окислением восьми молекул ацетил-КоА в цикле ТКК получается выход 130 молекул АТФ на одну молекулу жирной кислоты, которые составляются из 21 моля АТФ в результате окисления восьми молей НАДН (3x7 НАДН), 14 молей АТФ при окислении ФАДН2 (2X7 ФАДН2), а также из 95 молекул АТФ от окисления восьми молекул АцКоА (12X8 АцКоА) — 1 АТФ на активацию. Выход энергии в калориях на 1 моль кислоты Ci8 равен 2330 ккал/моль, что дает КПД порядка 42% (Weete, 1980).

Сходным образом с жирными кислотами синтезируются, а подчас используются в обмене полиэны с большим количеством двойных связей, которые часто являются антибиотиками почвенных грибов или входят в их состав; например, кротоновая и декатетраэновая кислоты, входящие в состав антибиотиков трихотецина и фумагиллина, а также антибиотики палитантин и фреквентин.

Обычно особенн

страница 15
< 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
(24.08.2019)