Производство белка на водороде - Волова Т.Г.
Скачать (прямая ссылка):
71
Таблица 11
Аминокислотный состав A. eutrophus Z-1 при лимитировании роста минеральными элементами, % от сух. в-ва
Аминокислота Конт- роль Лимитирующий элемент
азот фосфор сера магний калий
Глутаминовая 8,1 3,8 4,6 3,8 4,9 5,0
Аспарагиновая 4,7 2,6 3,1 2,9 2,8 3,3
Аланин 6,3 3,7 4,1 4,3 5,6 5,2
Гистидин 3,0 1,2 1,6 1,8 1,9 1,9
Метионин 1,2 2,4 1,2 0,5 0,7 0,8
Валин ЗД 1,3 2,4 3,0 2,5 2,9
Тирозин 2,7 4,2 1,5 2,0 1,9 2,1
Про лин 2,1 2,3 2,5 5,0 2,5 3,1
Лизин 5,0 1,6 3,7 3,7 .4,1 4,1
Фенилаланин 2,8 2,8 2,1 1,2 2,6 3,0
Треонин 3,5 3,4 2,9 2,4 2,7 2,8
Аргинин 5,7 2,7 4,2 4,0 5,0 4,5
Глицин-)-серии 6,1 4,3 2,7 3,0 3,6 3,4
Лейцины 8,8 0,7 5,1 4,8 4,6 5,4
Триптофан 1.1 0,9 0,8 0,8 0,8
Сумма. . . . | 64,5 1 37,0 1 42,6 43,2 46,2 48,3
преимущественного накопления в клетках поли-(}-оксимасля-ной кислоты.
Помимо азота исследовано влияние нескольких основных минеральных элементов (серы, фосфора, калия, магния) на рост и биохимический состав водородных бактерий A. eutrophus Z-1. Опыты показали, что исключение любого минерального элемента из состава питательной среды не вызывает немедленного прекращения роста бактерий, но приводит к его замедлению (рис. 33). По степени влияния на скорость роста водородных бактерий минеральные элементы можно расположить в следующем порядке: калий, фосфор, сера, магний. За время остаточ-ного роста биохимический состав биомассы бактерий трансформируется (см. табл. 7). Установлено, что в клетках A. eutrophus Z-1 при исключении из питательной среды любого из исследуемых биогенных элементов ограничивается белковый синтез. Содержание белка в биомассе, полученной на среде беа фосфора, уменьшается в 1,4 раза, без серы и магния — в 1,3 раза. При этом количество РНК также уменьшается. Концентрация белков в клетках сокращается в результате репрессии синтеза большинства аминокислот. Однако эти изменения носят количественный характер, так как весь набор аминокислот в белке сохраняется. Несмотря на отсутствие биогенных элементов в среде, при сохранении остальных параметров роста на, уровне оптимальных клетки некоторое время продолжают ассимилировать углерод. Однако из-за отсутствия условий для
72
рис. 33. Динамика продуктивности A. eutrophus Z-1 при исключении из состава питательной среды биогенных элементов.
12
1°
%12
«V»
I
О ?
В
|.
12
—т— 12
24
36
завершения белкового синтеза промежуточные продукты биосинтеза включаются в синтез безазотистых веществ, главным образом ноли-^-оксимасляной кислоты, ее концентрация в клетках возрастает до 10—11%. Накопление углеводов в клетках происходит только при дефиците фосфора.
Выполнена серия длительных (по 60 — 80 ч в каждом случае) экспериментов, в ходе которых регулировали постепенно уменьшение скорости роста A. eutrophus Z-1 изменением концентрации серы, фосфора, калия или магния в среде. Результатами этих опытов установлен характер взаимосвязи между изменениями удельной скорости роста водородных бактерий и накоплением в их биомассе основных биохимических компонентов (см. табл. 9). Установлено, что дефицит минеральных элементов специфически влияет на изменение удельной скорости роста водородных бактерий. Так, одинаковое снижение [х до 0,06— 0,03 ч-1 наступает при различной обеспеченности клеток исследуемыми элементами: калия на 45% от потребностей в нем, фосфора — 18, серы — 18, магния — 10%. Уменьшение удельной скорости роста бактерий происходит при изменении газовых характеристик культуры. При зтом эффективность использования клетками энергии окисления водорода падает, чта выражается в увеличении количеств водорода и кислорода, поглощаемых при ассимиляции 1 моль углекислоты.
Последнее сопровождается изменением в биосинтезе основных и запасных клеточных компонентов. Особенно резко повышается синтез запасных веществ при лимитировании роста бактерий серой и фосфором до 23—33% соответственно. В работе О. А. Шмелева-Шампанова и др. (1973) также показано, что-пРи изменении режима минерального питания в клетках ¦4- eutrophus Z-1 концентрация белков уменьшается, а поли-fi-°ксимасляной кислоты увеличивается. Накопление в клетках экспоненциальной культуры A. eutrophus Z-1 ПОМК до 23— 34% (от сухого веса) при дефиците азота, сульфата и фосфата
73
наблюдали Р. Репаске и К. Репаске [Repacke R., Repacke С. 4976].
Увеличение концентрации запасных веществ в клетках наблюдается на фоне понижения синтеза азотсодержащих компонентов (белков и нуклеиновых кислот). Содержание «сырого» протеина в биомассе при лимитировании роста серой, фосфором, калием, магнием уменьшается в 1,5; 1,4; 1,3 и 1,2 раза соответственно (см. табл. 10). Чрезвычайно важно, что аминокислотный состав в лимитированных минеральных субстратом клетках изменяется только количественно. Незаменимые аминокислоты в белке сохраняются в полном наборе и их содержание от общей суммы аминокислот составляет в среднем 35—40%, что свидетельствует о высокой биологической ценности белков (см. табл. 11).
Таким образом, установлено, что режимом минерального питания можно изменить биохимическую направленность синтеза у бактерий Alcaligenes eutrophus Z-1 в основном в сторону накопления в клетках поли-р-оксимасляной кислоты. Синтез углеводов несколько возрастает при лимитировании роста бактерий азотом, фосфором и калием. Дефицит любого из минеральных элементов в среде уменьшает поглощение клетками остальных элементов (см. табл. 10). В большей степени нарушается процесс поступления элементов в клетки в условиях роста, лимитированного фосфором и магнием. Наиболее чувствительно к лимитированию внутриклеточное содержание калия. Особенно значительно нарушается процесс поступления этого элемента в клетки при недостатке в среде фосфора, калия и магния, т. е. биологическая направленность синтеза в клетках у водородных бактерий изменяется в зависимости от характера минерального питания культуры в целом.
