Биологический каталог




Физиология и биохимия грибов

Автор З.Э.Беккер

й окружающей среды. В случае гидролитических адаптивных ферментов, расщепляющих высокомолекулярные субстраты (полисахариды, белки и т. п.), индукторами их появления могут быть либо их субстраты, либо иногда мономерные продукты производимых ими реакций. Последнее отмечалось для некоторых ферментов, гидролизующих полисахариды, например, индуктором некоторых пектиназ является галактуроновая кислота. Субстрат реакции нередко индуцирует также формирование ферментов, участвующих В детоксикации. Так, принадлежащий к эстеразам фермент трихотециназа начинает образовываться у почвенных грибов при наличии в среде субтоксических доз антибиотика три-хотецина.

Даже конститутивные энзимы, к которым относится большинство ферментов основного обмена, В онтогенезе грибов формируются не сразу, а в определенной последовательности, и кроме того, набор их В зависимости от возраста культуры сильно меняется как по количественным соотношениям, так и качественно. Это можно-видеть из целого ряда примеров, часть из которых уже приводилась при обсуждении путей гликолиза у грибов. Было установлено, что изменения в наборе дыхательных энзимов, включающих гексо-киназу, глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназу, дегидрогеназы кислот цикла Кребса и ряд других, и в их активности наблюдаются уже при прорастании спор ряда плесневых грибов, как Tricho-derma viride, Aspergillus niger, Penicillium atrovenatum, P. oxali-cum. В процессе образования ростовых трубок активность ряда ферментов, особенно имеющих в качестве кофермента НАД, воз* растала в 51—200 раз.

Аналогичная картина наблюдалась при развитии у грибов органов плодоношения. При развитии шляпки плодовых тел Schizo-phyllum commune в ней значительно возрастала активность R-глю-каназы, расщепляющей содержащийся в оболочках его клеток полисахарид с одной-тремя связями мономеров глюкозы, R-глюкан. Особенно активизировался этот адаптивный энзим при недостатке в среде глюкозы (Wessels, 1966). Активность многих ферментов меняется не только на протяжении всего онтогенеза или его узловых этапов, но и при таких краткосрочных периодических процессах, как деление клеточных ядер. Так, у базидиомицета Clavatia cyatiformis в гифах, находящихся в состоянии мейоза (редукционного деления), резко возрастала активность фосфатазы (Blumer, Li-Yu-Ten, 1966). Сильно изменялось также содержание окислительных и других ферментов в процессе развития мицелия Penicillium chrysogenum при ферментации пенициллина (Маттисон, 1956) и концентрация амилазы в погруженной культуре Aspergillus niger. Примеры подобного рода могут быть значительно расширены.

1. ФЕРМЕНТЫ ФОСФОРНОГО ОБМЕНА

Ферменты фосфорного обмена представляют собой особенно-важную категорию катализаторов обмена веществ, поскольку они обеспечивают формирование и передачу запасов энергии в форме-макроэргических фосфорных связей почти для всех процессов биологического синтеза в клетке, являясь агентами запасания энергии для этих синтезов, источником которой служит окислительное фос-форилирование. Ферменты, участвующие в этом метаболизме, очень разнородны по их химическому действию, так как их можно причислять к категориям трансфераз, оксидоредуктаз и эстераз.

Для понимания способа действия и назначения этих ферментов полезно рассмотреть принцип работы механизмов образования и. использования энергии макроэргических фосфорных связей (—О—Р—О—Р—О—). Образованию таких связей, как правило, предшествует получение энергии за счет окисления, которое осуществляется один (в цикле ЭМП) или два раза (в цикле ГМФ) в гликолитическом шунте и не менее четырех раз в цикле трикар-боновых кислот. В процессе гликолиза для окислительного фосфо-рилирования используется энергия, получаемая при окислении:

3-фосфоглицеринового альдегида в 1,3-дифосфоглицериновую кислоту, макроэргический фосфат которой переносится затем, прк трансформации ее в 3-фосфоглицериновую кислоту, на АДФ, трансформирующийся при этом в АТФ (рис, 6.2). Аналогичный процесс протекает в пределах цикла трикарбоновых кислот, например, при образовании сукцинил коэнзима А и трансформации его в янтарную кислоту (рис. 6.3).

Помимо ферментов, относящихся к НАД и флавиндегидроге-назам, обеспечивающих этап получения энергии путем окисления» в этих процессах принимают участие энзимы, переносящие неорганический фосфат (ацилирую-щие), осуществляющие дальнейшее перемещение фосфата на АДФ, киназы, фосфотрансферазы, переносящие фосфорные группы с одного углевода на другой или с одного атома углерода на другой. В этапе использования энергии фосфорных связей на синтезы участвуют фосфатазы, отщепляющие неорганический ортофосфат или пирофосфат, а субстратом для этого процесса могут служить как нуклеотиды (например, АТФ), так и обильные у грибов полифосфаты (см. вторую главу).

Как при использовании донора энергии АТФ, так и полифосфатов, запасание и расходование энергии фосфорных связей распадается на два этапа: обра

t-НАД

/ \

rfi

НАДН

О Комплекс-ферментНЬД II

\

\

R-C-H (j-фосфоглицериновыи альдегид-субстрат)

(Ацилфермент)

\

\

h З-дшросфоглщери-'новая кислота}

6-S-C-R ЬгФ-ОН

Ф-0-C-R

t^-АДФ

^ З-фосфогмицераткинаж

lii {J-фосфоглицериновая

H0-C-R кислота)

Рис. 6.2. Механизм фосфорилирова-ния, сопряженный с окислением фос-фоглицерииового альдегида в 1,3-фос-фоглицериновую кислоту: Е — энзим (дегидрогеназа); Ф — фосфат (Де-вис и др., 1966)

зование этих связей и их расщепление. Первый этап осуществляется с помощью ацилируюших энзимов, содержащих SH-группы (в частности, в форме КоА). В качестве кофермента фосфогексокиназы, переносящей фосфор цри фосфорилировании моносахаров, известен рибофлавин. ВтоСукцинил-КоА + АДФ -f Фнеорг + НаО | Сукцинаттиокиназа

Янтарная кислота -f- КоА -\- АТФ

Рис. 6.3. Фосфорилирование АДФ в цикле Кребса (Девис и др., 1966)

рой этап — расщепление фосфорных связей с образованием ортофосфата — осуществляется фосфатазами, которые в связи с их использованием для аналитических целей изучались довольно подробно.

Эти ферменты применяются, в частности, для отщепления фосфата от тиаминпирофосфата при анализе тиамина и расщеплении <фосфорилированного НАД при анализе витамина PP. Фосфатазы относятся к эстеразам, гидролизующим эфиры фосфорной кислоты. Сюда относят ферменты, гидролизующие эфиры фосфорной кислоты с углеводами, глицерофосфатазу, апиразу, расщепляющую АТФ, пирофосфатазу, метафосфатазу и другие полифосфата-зы. У грибов полифосфатаза впервые была найдена Манном у Aspergillus niger.

В дальнейшем, при изучении этого типа энзимов у Penicillium chrysogenum, были найдены апираза, расщепляющая АТФ, пиро-•фосфатаза и метафосфатаза, которые все подавлялись ионами кальция, цинка и магния при рН от 3,0 до 5,0, а также фторидами н азидом. Глицерофосфатаза P. chrysogenum изучалась Садасива-ном, который обнаружил, что их имеется две (Sadasivan, 1965): щелочная с оптимальным рН от 8,0 до 9,0, содержащая магний и цинк, и кислая с оптимумом действия в кислом диапазоне рН. Щелочная фосфатаза сильно угнеталась синильной кислотой и кальцием и реактивировалась магнием и цинком, кислая реагировала на синильную кислоту значительно слабее.

У некоторых плесневых грибов, а именно у Penicillium lilaci-пит, Aspergillus oryzae, A. niger и Rhizoctonia violacea, фосфатаза образовывалась и даже стимулировалась при недостатке магния в среде. Однако при введении в среду возможного конкурента магния — бериллия — у испытанных видов рода Aspergillus наблюдалось подавление синтеза этого фермента, хотя у других двух видов — P. lilacinum и R. violacea — на первых стадиях развития его активность усиливалась.

Фосфатазы проявляют высокую активность в процессе деления клеток, что было отмечено как для процессов редукционного деления на примере базидиомицета Clavatia cyatiformis (Blumer, Li-Yu-Теп, 1966), так и для обычного кариокинеза у целого ряда паразитных и сапротрофных грибов.

При рассмотрении фосфорного обмена у высших эукариот, растений и животных основное внимание уделяется реакциям, в которых принимает участие как донор фосфора и энергии аденозинтри-?фосфат. Однако низшие эукариоты (грибы, водоросли, протисты) и прокариоты (бактерии, актиномицеты и цианобактерии) имеют и другие, видимо, еще более значимые для их метаболизма, чем АТФ, доноры фосфора и энергии, а именно пирофосфат и неорганические высокополимерные полифосфаты. Поэтому ферменты гримов, имеющие отношение к их обмену, заслуживают специального рассмотрения (Кулаев, 1975).

Такие ферменты делятся на две категории: 1) имеющие отношение к их биосинтезу и 2) функционирующие при их использовании на нужды обмена веществ. Известны два фермента, производящие наращивание цепи полифосфатов на один фрагмент, а именно полифосфаткиназа и 1,3-дифосфоглицерат-полифосфат-трансфераза (ДФГК/рис. 6.4). Полифосфаткиназа наращивает полифосфатную цепь на один фрагмент за счет трансформации АТФ в АДФ. Однако направление действия полифосфаткиназы в сторону синтеза полифосфата известно только у бактерий, тогда как грибы (Aspergillus niger, Saccharomyces cerevisiae) способны только к необратимой реакции переброса фосфорной группы с полифосфата на АДФ, т. е. насыщению фосфором пула АДФ-^АТФ. У ряда грибов (Neurospora crassa, Penicillium chrysogenum) не было обнаружено даже в этой реакции. Напротив, у всех иссле1. Полифосфаткнназа:

У бактерий

АТФ + ПФ„ ?+ АДФ + ПФП+,

У бактерий и грибов

2. 1, 3-дифосфоглицерат-полифосфаттраксфераза (ДФГ-ПФТ)?

COO — (Р) У грибов и СООН

| бактерий |

СНОН 4- ПФ„ "» СНОН + ПФп+1

1 I

СНаО —(Р) СН40 —(Р)

Рис. 6.4. Реакции полифосфат-синтезирующих фрементов у бактерий

и грибов (Кулаев, 1975)

дованных бактерий она существовала и была обратимой, хотя и здесь, судя по максимальному развитию этой активности в конце онтогенеза бактерий, его основная роль приурочена к моменту максимального расхода полифосфатов и обогащения пула АТФ (Кулаев, 1975).

Второй фермент, 1,3-дифосфоглицератполифрсфаттрансфераза (ДФГ-ПФК), наращивающий полифосфатную цепь за счет переноса фосфата с 1,3-дифосфоглицериновой

страница 29
< 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)