Факультет

Студентам

Посетителям

Участие азотсодержащих компонентов среды в обмене веществ микроорганизмов и их влияние на формирование продуктов биосинтеза

Всем живым существам, в том числе микроорганизмам, совершенно необходим азот.

Земная атмосфера содержит его намного больше, чем нужно для удовлетворения потребностей живых существ. Однако азот химически устойчив, он с трудом окисляется. Круговорот азота в природе представляет собой сложный цикл, в процессе которого сначала нарушается химическая инертность азота. Ряд микроорганизмов обладает способностью поглощать свободный азот воздуха и связывать его в виде органических соединений. Известные продуценты биологически активных веществ, как правило, не являются фиксаторами атмосферного азота, хотя имеются данные, свидетельствующие о наличии механизма фиксации атмосферного азота некоторыми актиномицетами.

В средах для культивирования необходимо иметь такие азотсодержащие вещества, которые могут быть усвоены микроорганизмами. Азотсодержащие вещества, равно как и другие компоненты среды, должны прежде всего удовлетворять следующим условиям: обеспечивать достаточно высокий выход синтезируемого продукта, быть выгодными экономически. Азот питательной среды идет главным образом на синтез белков микроорганизмов. Белки, как известно, состоят из аминокислот. Могут быть принципиально два различных пути для удовлетворения потребности в аминокислотах: получение готовых аминокислот извне и самостоятельный синтез аминокислот из компонентов среды.

Культивирование микроорганизмов продуцентов происходит на средах весьма сложного и зачастую непостоянного химического состава. Все они содержат азот в виде различных соединений: белков, пептидов или свободных аминокислот.

Чаще других применяют при ферментации кукурузный экстракт, соевую, арахисовую или кукурузную муку, хлопковый жмых. В кукурузном экстракте примерно половина весового количества приходится на воду; количество общего азота колеблется в пределах 3,0—8,0% (в пересчете на сухой вес); аминного азота — 1,0—3,0%. Качественно кукурузный экстракт содержит все наиболее распространенные аминокислоты. Количественное содержание отдельных аминокислот подвергается существенным колебаниям, в зависимости от степени зрелости кукурузы, из которой получен экстракт, сорта, места произрастания и метода обработки. Кукурузный экстракт в отличие от других природных продуктов, используемых для ферментации, содержит относительно немного белковых веществ и больше свободных аминокислот или низкомолекулярных пептидов. Белковыми веществами более богата соевая мука. Она также содержит все распространенные аминокислоты, однако в основном они связаны в виде белков. В последнее время находят применение экстракты хлопкового жмыха и жмыхов масличных культур, например подсолнечного. По содержанию общего и аминного азота они близки к кукурузному экстракту.

Чистые аминокислоты применяются при ферментациях в исключительных случаях. В качестве компонентов питательных сред применяют также содержащие азот минеральные соединения. Такими соединениями являются соли аммония или нитраты. Для того, чтобы азот нитрата мог быть использован для синтеза аминокислоты, а затем белка, необходимо предварительно перевести его в восстановленную форму. В общем виде процесс восстановления происходит так:

4АН2 + HNO3 → 4А + NH3 + 3Н2O,

где АН2 — восстановитель, содержащийся в среде.

В случае, если такого восстановителя в среде нет, то культура оказывается не в состоянии утилизировать нитратный азот. Полагают, что процесс восстановления проходит через ряд промежуточных этапов.

Для осуществления этого процесса необходимо наличие фермента или ферментной системы, которая носит название нитрат-редуктазы. Промежуточные продукты выделить очень трудно. Накапливаются они, вероятно, в небольших количествах, кроме того, в высоких концентрациях они токсичны для микроорганизмов. В тех случаях, когда используют соединения, содержащие аммонийный азот, ион аммония находится в сочетании с анионом какой-либо кислоты, например серной или фосфорной. Потребность микроорганизма в сере или фосфоре меньше, чем в азоте, поэтому при использовании азота в среде остается анион. При этом отмечается сдвиг pH среды в кислую сторону.

Чтобы избежать закисления, в среду добавляют мел. Он связывает свободный анион и нейтрализует среду. Следует отметить, что сам по себе ион Са++ может оказаться не индифферентным веществом и оказывать определенное влияние на ход обмена веществ.

Аммонийный азот в дальнейшем включается путем реакции аминирования в органические соединения, образуя аминокислоту. Такими органическими соединениями в первую очередь являются кислоты, содержащие кето-группу. Они образуются микроорганизмами из углеводов и присутствуют как внутри клетки, так и в питательной среде. Для актиномицетов наиболее доказанной является реакция аминирования пировиноградной кислоты с образованием α-аланина.

Некоторые бактериальные культуры, продуценты аминокислот, имеют систему восстановительного аминирования, в которую входит α-кетоглютаровая кислота. При этом происходит синтез глютаминовой кислоты.

Другая реакция аминирования происходит посредством имеющегося у некоторых микроорганизмов, в частности актиномицетов, фермента аспартазы. При этом аммиак внедряется по месту двойной связи фумаровой кислоты с образованием аспарагиновой кислоты.

Синтез аминокислот может осуществляться также посредством реакции переаминирования. Реакция происходит между аминокислотой и кетокислотой, при этом аминогруппа аминокислоты переносится на кетогруппу кетокислоты.

Реакция переаминирования является обратимой. Из кетокислот наиболее распространенными среди продуктов обмена веществ микроорганизмов являются пировиноградная, α-кетоглютаровая и щавелевоуксусная кислоты. Не все аминокислоты, особенно циклические, вступают с ними в реакцию переаминирования. Способность вступать в ферментативные реакции переаминирования определяется наличием у культур определенных энзиматических систем, а также соответствующих условий среды, создающих возможность осуществления этих реакций.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.



Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: