Биологический каталог




Физиология и биохимия грибов

Автор З.Э.Беккер

ы сухого мицелия в час. При добавке иона NH4+ в культуру 5. brevicaulis, выросшего на среде с нитритом, усвоение последнего практически не подавляется и он используется параллельно иону аммония, т. е. этот гриб не утрачивает своей адаптации к нитриту. Наоборот, при добавке иона N02^ в культуру, выросшую на среде с аммонийным источником азота, азотистая кислота почти не используется, а ассимиляция иона NH4+ подавляется в течение двух суток, после чего оба иона используются с одинаковой скоростью. Эти эксперименты подтверждают адаптивность системы нитрат- и нитритредуктазы.

Усвоение иона аммония. Обычно слабо усваивают нитраты и хорошо ион аммония зигомицеты, ряд базидиомицетов и дрожжи. Барьер клеточной мембраны аммоний обычно преодолевает в форме недиссоциированного аммиака. Скорость проникновения соответствует градиенту его концентраций по обе стороны клеточной мембраны и скорости его потребления на биосинтез. Ход потребления аммония у грибов, например у Penicillium griseofulvum и Fusarium graminearum, сходен и протекает быстрее при более высоком рН среды. Однако одновременно усвоение аммиака происходит тем быстрее, чем ниже внутриклеточное рН. Например, у F. graminearum и Aspergillus niger с их более низким рН внутри клетки оно происходит интенсивнее, чем у 5. brevicaulis (Nicholas, 1965).

Усвоение азота сильно зависит от источника и объема углеродного питания. Так, при наличии слабо используемых источников углерода и NH4+-HOHA, в качестве источника азота возможна интоксикация мицелия аммиаком. Такой случай наблюдается у Му~ rothecium verrucaria, рост которого в подобном сочетании угнетался даже в присутствии иона NO3-. Однако при добавке глюкозы он хорошо рос на винно-кислом аммонии илн в сочетании сернокислого аммония с органическими кислотами. Сходные явления были обнаружены у 5. brevicaulis (Morton, McMillan, 1954/ табл. 4.1).

Т аблица 4.1

Рост мицелия и ассимиляция азота у Scopulariopsls brevicaulis, (Morton, McMillan, 1954)

Источники азота Средняя масса сухой пленки

мицелия (мг/на колбу) Ассимилированный азот <в % от начального) Конечное рН среды

KN03 200 100 8,0—8,1

NH4N03 18 15—20 3,0—3,9

(NH4)2S04 12 . 15—20 2,7—3,8

(NH4)aS04 + тартрат 160 100 3,4-4,4

(NH4)aS04 +малат 225 100 7,5—8,6

Подобный эффект органических кислот состоит в связывании поступающего в клетку аммиака, регуляции рН клетки и облегчении включения аммиака в аминокислоты.

Использование грибами смешанных источников азота. Общим явлением у грибов оказывается подавление ассимиляции иона нитрата при одновременном введении в среду иона аммония, тогда как введение иона N03~ не подавляет ассимиляции аммиака (Morton, McMillan, 1954).

В этом отношении сходно ведут себя такие виды, как Scopula-riopsis brevicaulis, Alternaria solani, Aspergillus repens, Botrytis allii, Cladosporium herbarum, Diplodia natalensis, Mucor ramma-nianus, Trichoderma viride, Myrothecium verrucaria и Penicillium chrysogenum. Некоторые виды, к числу которых относятся Aspergillus niger, A. oryzae, Fusarium graminearum и Penicillium griseo-fulvum, способны использовать иоиы нитрата и аммония одновременно (Nicholas, 1965).

При неравномерном использовании ионов из вносимых в среду солей, как в вышеприведенных случаях с Myrothecium verrucaria, Scopulariopsis brevicaulis, а также с культурой Piricularia oryzae, вследствие более быстрого использования источника азота в форме

NH4+-HOHa из сернокислого аммония, среда сильно подкисляется за счет остающегося в ней в избытке иона S042~ В результате этого может тормозиться рост гриба. Однако в случае Piricularia oryzae, рост может быть восстановлен при добавке в среду солей органических кислот как источник углерода, аммонийных солей (например, (NH4)2HP04) или нейтрализующего среду мела. Стабилизацией рН среды объясняют также благоприятное действие на усвоение иона NH4+ у Aspergillus сукцината. При его потреблении происходит нейтрализация среды (Agnihotri, 1966).

Использование смешанных источников азота, например аммонийной селитры (NH4N03), значительно зависит от рН среды. Aspergillus niger при рН более 3,0 усваивает в первую очередь ион аммония, в более кислой среде преимущественно переходит к иону нитрата. Порог рН, равный 3,0, близко подходит к уровню изо-электрической точки (ИЭТ) белка мицелия A. niger, т. е. к точке равновесной диссоциации анионов и катионов белка цитоплазмы. При рН ниже ИЭТ белок диссоциирует с избытком катионов, при рН выше ИЭТ—с избытком анионов. Поэтому в первом случае происходит преимущественная адсорбция белком цитоплазмы анионов, а во втором — катионов. Бюннинг и Роббинс продемонстрировали эти явления у грибов на модели адсорбции ими базо-фильных и ацидофильных красителей, имеющих соответственно окрашивающую часть молекулы в форме аниона или катиона, объяснив таким образом механизм преимущественного использования ионов в зависимости от рН среды и уровня ИЭТ и белков цитоплазмы.

Эффект органических кислот в отношении облегчения усвоения аммиака сводится не только к его нейтрализации при поступлении в клетку. Вторая роль их состоит в облегчении включения его в аминокислоты путем трансформации их в соответствующие ке-токислоты. Поэтому в основном усвоению иона NH4+ способствуют органические кислоты с четырьмя атомами углерода, как янтарная, фумаровая и винная, трансформирующиеся в аспарагиновую кислоту, а также с двумя и тремя атомами углерода, как молочная, пировиноградная и уксусная, дающие начало аланину и глицину. Применяют их в среде в концентрациях порядка 0,1—0,2%. Примером этого может служить благоприятное действие на усвоение иона аммония фумаровой кислоты у базидиомицетов и винной— у Chaetomium globosum.

2. Пути усвоения неорганического азота грибами

Общая схема усвоения нитрата грибами состоит из четырех этапов (рис. 4.1). В этой реакции участвуют промежуточные этапы переноса электронов, в которых обязательными компонентами являются молибден и флавопротеид (ФАД). Потеря нитратом двух электронов приводит к образованию нитрита, имеющего на два заряда меньше предыдущего.

1атап

. Нитратрединтаэа _ .

i N03 + НАДФН+Н + — N02 + НАДФ + + Н20

N02

заряд+J

Состояние окисл.-6осстан. атома Н

+3

+2 +f +Г

Оксид азота

+1

Путь переноса электронов

НАДФН

ФАД

Цитохром

1-2.

Л102

НАДФ

(N0H)

НАДН

3 зтап:сШоТние Гипонитрит "Щ.™™*»'

окисл.-восшан +1 rcuyn,ttu*u

атома N

НН20Н

Гидроксиламин -1

U этап; Состояние окисл.-босстан ? атома Ы

Гидроксил-амин-^ редуктаза

NH2OH + НАДН + Н А(Нт+НАД + Н2(7J

Гидроксил- Фл + Bs

амин -1

Рис. 4.1. Схема процесса усвоения нитратов грибами

Второй этап, осуществляемый ферментом нитритредуктазой, состоит в переходе с потерей молекулой еще двух электронов из нитрита в нитроксид (N0) и затем в иитроксил (NOH) или гипонитрит. На этой стадии возможен также переход без потери валентности из нитроксила (NOH) в N2O2 и далее в N2O и обратно. Наличие этого промежуточного этапа подтверждается существованием у Neurospora энзима, восстанавливающего нитрит до оксида азота (1) (Walker, Nicholas, 1961), причем у грибов показана способность усваивать это соединение (Nicholas, 1965). В процессах второго этапа восстановления неорганического азота участвуют как кофакторы НАДФ, ФАД, цитохром и ион меди.

Третий этап восстановления, протекающий с участием энзима гипонитритредуктазы, состоит в восстановлении гипонитрита до гидроксиламина. Гипонитритредуктаза была обнаружена у Neurospora, причем выяснилось, что кофактором ее является восстановленный НАД,

Четвертый этап состоит в восстановлении гидроксиламина до аммиака, протекающем с участием НАДН при действии фермента гидроксиламинредуктазы. Реакция восстановления гидроксиламина в аммиак была установлена у Neurospora. Энзим оказался так же, как и в двух первых этапах восстановления азота фл а во протеином, нуждающимся в пиродоксине и в металлах, которые подавляются хелирующими агентами. Для синтеза гидроксиламинредуктазы оказались необходимыми марганец и магний, нужные также и для синтеза нитрит- и гипонитритредуктаз (табл. 4.2).

Таблица 4.2

Действие дефицита металлов на активность нитрит-, гипонитрит- и гидроксиламинредуктаз Neurospora crassa (Medina, Nicholas, 1957)

Дефицитность металла Масса сухого мицелня, г Процент восстановления по сравнению с контролем

нитрита гипонитрита гидроксиламина

Fe 32 2? 51 100

Си 43 36 53 100

Mn 41 53 60 57

Мо 40 100 100 100

Zn 59 68 100 95

Для функции нитрит- и гипонитритредуктаз оказались необходимыми железо и медь, а молибден только для нитратредуктазы (Medina, Nicholas, 1957). Из других металлов для синтеза нитратредуктазы необходим также цинк.

Весь процесс восстановления нитрата в целом нуждается в следующих кофакторах: НАДФ (или НАД), ФАД, сульфгидрильных группах (табл. 4.3), в фосфате (сходный эффект дают также арсе-нит и пирофосфат), а на этапе синтеза гидроксиламинредуктазы еще в пиридоксальфосфате. В последнем этапе возможно образование комплекса (промежуточного) с гидроксиламином, в начале в форме оксима, а потом амина.

Пятый этап — утилизация аммиака для биосинтеза аминокислот— протекает при участии глютаминдегидрогеназы и состоит в аминировании ос-кетоглютаровой кислоты с параллельным восста

новлением ее кетогруппы (R—СО—) в группу R—CHNH2. Такой энзим был найден у Neurospora crassa (Nicholas, 1965), причем было выяснено, что для его биосинтеза требуется цинк. У грибов глютаминдегидрогеназа — ключевой энзим для продукции органических соединений азота, и мутанты, не имеющие этого энзима (например, мутант Neurospora N2003), не растут на средах с ионом аммония в качестве источника азота, а только на содержащих аминокислоты. Общая схема потребностей энзимов системы нитратредуктазы в различных кофакторах приведена в табл. 4.3.

Возросший в последнее время интерес к механизму азотфикса-ции прокариотными организмами привел к широкому ряду работ по общему изучению молибденсодержащих ферментов, в том числе и нитратредуктазы — первого комплекса энзимов в пути восстановления неорганичес

страница 20
< 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
Химический каталог

Copyright © 2009
(23.03.2016)