Биологический каталог




Физиология и биохимия грибов

Автор З.Э.Беккер

м в 1,6% случаев (Борисова, Двойное, 1972). К числу видов грибов, обладающих высокой пероксидазной активностью, относились виды рода Cladosporium (С. gossypicola, С. transchelii, С. ovorum) и Botrytis cinerea, особенно активные при выращивании на средах с отварами из листьев березы и дуба.

Из других пероксидаз грибов можно назвать хлорпероксидазу, обнаруженную у Caldariomyces fumago, которая осуществляет трансформацию р-кетоадипиновой кислоты в б-хлорлевулиновую кислоту (Shaw, Hager, 1961). Однако этот процесс, оптимизирующийся при очень низких уровнях рН (рН 2,8), происходит многоэтапно, причем хлоропероксидазой осуществляется только последний этап — окисление с замещением кислорода хлором. В предшествующих этапах этой реакции, которая возможна только в

присутствии всех компонентов комплекса, принимают участие: гидролаза, выщепляющая глюкозу из запасных полисахаридов, клетки; глюкозооксидаза, окисляющая эту глюкозу до глюконовой кислоты; каталаза, расщепляющая выделяющуюся при окислении глюкозы перекись водорода на воду и кислород, который в момент выделения с помощью хлорпероксидазы реализует использование хлор-иона для хлорирования 0-кетоадипата (Shaw, Hager, 1961).

ГЛАВА 7

СТРУКТУРНОЕ ОФОРМЛЕНИЕ ПРОЦЕССОВ ОБМЕНА

1. Наблюдения на уровне светового микроскопа и методом центрифугирования

Принципиальное отличие метаболических процессов в живой клетке от реакций, с которыми имеют дело в синтетической химии, состоит в том, что метаболизм живых существ протекает на базе клеточных структур. Кроме того, биологические синтезы в основном являются матричными, в частности синтезы всех видов белков, протекающие на матрицах информационной РНК, синтез которой возможен только на базе соответствующей клеточной структуры. Клетка сравнима со сложнейшей системой цехов со сменой контейнеров с органическими и водными средами и разнообразными адсорбентами. Такая структура обеспечивает необходимую последовательность в работе сложнейшей системы согласованно протекающих реакций обмена веществ, структурная база которого изучена еще далеко не достаточно.

Сведения о морфологии клетки накоплены уже давно, однако функции клеточных структур начали раскрываться только в последние два-три десятилетия, когда было обнаружено значение структурированных матриц, с одной стороны, и разделов сред, т. е. мембран, для протекания синтетических процессов, — с другой. Уже давно было замечено, что в растворах очищенных ферментов скорость синтезов протекает медленнее, чем в клетке. Так зимаза Бюхнера, будучи изолированной из дрожжей, сбраживает сахар с образованием спирта гораздо менее интенсивно, чем живые и убитые высушиванием дрожжи (Zalokar, 1965).

Клеточные структуры обеспечивают определенный порядок следования метаболических реакций, который при их распаде нарушается, и эффект начинают проявлять только гидролитические энзимы. Для изучения функций тех или иных клеточных структур очень важно сохранить их в нативном, не разрушенном фиксацией или гомогенизацией состоянии, для чего существуют два метода, удовлетворяющие этому требованию: 1) метод прижизненных окрасок, включая люминесцентную микроскопию (Мейсель, 1950); 2) метод прижизненного центрифугирования гиф и последующего проявления преобладающих в разных структурах функциональных групп или энзимов (Zolokar, 1965). Определенную помощь в понимании морфологии клеточных структур дает электронная микроскопия, а в их функциях — анализ фракций после ультрацентрифугирования гомогенатов клеток. Однако и тот и другой метод не лишены недостатков, поскольку один может приводить к артефактам при фиксации, а другой к — механическому разрушению многих структур при гомогенизации.

Метод субтоксических концентраций флуоресцирующих красителей для выявления клеточных структур на уровне оптической, микроскопии был впервые широко использован Мейселем (1950), получившим специфическое прижизненное окрашивание клеточных органелл дрожжей. Он использовал в этих целях берберин-суль-фат, окрашивающий митохондрии и ядра в желтый цвет; акридин-оранж (ядра — зеленые, гранулы волютина — красные); нейтраль-рот (вакуоли — желтые, гранулы волютина — красные) и ауро-фосфин (ядра — зеленые, гранулы волютина — красные,, митохондрии — желтые). Янус грюн окрашивает митохондрии в различные оттенки сине-зеленого (при высоком rh) до розового цвета (при низком гН), что зависит от окислительно-восстановительного режима митохондрий.

Сочетание метода центрифугирования гомогенатов клеток с витальными наблюдениями и микроскопическим контролем полученных фракций весьма полезно для выяснения функций клеточных органелл.

В изучении тонкой структуры клеточных органелл незаменимым является электронно-микроскопическое исследование, с помощью которого различают основные клеточные структуры грибов: мембрану, структуры цитоплазматической сети, включая микросомы и рибосомы, митохондрии, специализированные клеточные органеллы и ядра.

2. Клеточная мембрана

Клеточная мембрана оформлена в виде трех моно-, би- илис полимолекулярных слоев, где периферические слои составлены белками, а средний — липидами.

В бимолекулярном слое липидов два ряда молекул соединены гидрофобными концами, а гидрофильные концы обращены к белку (Zalokar, 1965).

Фосфолипиды, входящие в состав клеточных мембран, представляют собой фосфоглицериды жирных кислот, содержащие полярные головные группы в форме положительно заряженных хо-лина или этаноламина, отрицательно заряженного серина или нейтрального гликофосфолипида с гидрофильной головной группой, как в фосфатидилинозите (рис. 7.1). Сочетание в плазматических мембранах фосфоглицеридов с белками может формироваться в виде трех-, четырех-, многослойных образований с фибриллярными и глобулярными белками, полярными и неполярными белковыми структурами или головными группами фосфолипидов (рис. 7.2).

Электронная микроскопия и косвенные методы исследования по проницаемости клеток для воды (Solomon, 1961; Rotstein, 1965), антисептиков и антибиотиков (Becker,. 1968) по проницаемости мембран для синтетических полисахаридов показали наличие в>

мембранах многочисленных пор разнообразного размера, характерного для каждой крупной таксономической группы организмов. Сложность строения клеточных мембран грибов была показана на примере их строения у дрожжей, обнаруживаемого с помощью сканирующего электронного микроскопа и техники замораживания. и скалывания. В толще мембраны выявляются многочисленные:

сн3

CH3-N+=CH3 СН,

о

I 1 сн5

о=р-о~

о

0=Р-0"

о

Н Н I

нс-с-сн, о о со Ъ

ФХ

Рис. 7.1. Фосфоглицериды клеточных мембран: ФХ — фосфатидилхолин; ФС — фосфатидилсерин; ФИ — фосфатидилинозит (Либберт, 1976)

Рис. 7.2. Структуры клеточных мембран, составленных: / — из фосфолипидов и фибриллярных белков; 2 — из фосфолипидов и нейтральных глобулярных белков; 3 — из фосфолипидов и полярных глобулярных белков; Ф — фосфолипиды; Б — белки (Либберт, 1976)

гексагональные структуры и система тяжей, пролиферирующих в область клеточной оболочки (Фрей-Висслинг, 1976; Burnett, 1968).

Основное назначение клеточных мембран, которые в молодых клетках гиф грибов тесно связаны с оболочкой (Беккер, 1956), состоит в регуляции активной проницаемости клеток для поступающих из среды веществ.

Структура клеточных мембран может меняться в зависимости от жирно-кислотного состава ее липидов (Н. В. Усольцева,. В. А. Усольцева, 1980). Преобладание в ее составе ненасыщенных жирных кислот придает ей свойства флюидности, а насыщенных — ригидности, ? что в свою очередь сказывается на интенсивности протекающего в плазмалемме синтеза экзоферментов (Borris, 1981). Доказательством наличия периодических процессов уплотнения и разжижения клеточных мембран у грибов могут служить наблюдения над составом жирных кислот в мицелии Neurospora (Brody, Martins, 1976), у которой количество ненасыщенных жирных кислот колеблется в пределах суточного цикла роста от 37 до 83%.

Функцией липидных слоев, включающих стероиды, является сохранение структуры клеточных мембран и создание барьеров против бесконтрольного поступления и выделения из клеток макромолекул и ионов. Ряд синтезов в процессе обмена грибов может протекать в пределах мембран, например синтез полисахаридных и хитиновых оболочек и экзоферментов (Borris, 1981), а также •формирование путем инвагинации мембраны целого ряда клеточных органелл.

3. Митохондрии (хондриосомы)

Митохондрии, окислительно-восстановительные функции которых у грибов близки к функциям некоторых пластид высших растений (Lindenberg, Ernster, 1954; Schneider, 1955), у этого типа организмов очень обильны. Изучение их морфологии проводится методами электронной микроскопии, а биохимические функции изучаются методами ультрацентрифугирования. Цетрифугирова-нием клеточных гомогенатов при последовательном увеличении числа оборотов или при центрифугировании в среде с градиентом плотности можно разделить гомогенаты клеток на большое число -фракций, распределяющихся по их удельному весу.

Структура митохондрий представляет нечто сходное с пеналом, разделенным на ряд камер с общей оболочкой, связанной в единое целое с перфорированными или неполно отделяющими камеры друг от друга кристами (рис. 7.3).

Субмикроскопическое устройство оболочек митохондрий и крист предположительно сходно с постулируемым для строения клеточных мембран, представляя собой бимолекулярный слой липидов, заключенный между двумя слоями белка (Sjostrand, 1955). Белковая часть крист и оболочек митохондрий несет ферменты в форме грибовидных образований, а липидный слой, включающий стероиды и значительное количество миоинозита, обеспечивает поддержание их структуры и специфической проницаемости (Zolokar, 1965). У грибов, как и у животных, кристы митохондрий имеют лалисадный характер в противоположность относительно беспорядочному расположению трубчатых структур, типичных для высших растений. Митохондрии с кристами палисадного типа были обнаружены у Penicillium chrysogenum, Rhizopus nigricans (NeЈas et .al., 1963) и других видов порядка Mucorales, у Pi

страница 40
< 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)