Роль фотооксидазной активности в восстановлении оксианионов теллурита и селенита у пурпурных бактерий

Гирева, Марина Владимировна

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Роль фотооксидазной активности в восстановлении оксианионов теллурита и селенита у пурпурных бактерий
ВАК РФ 03.00.16, Экология

Автореферат диссертации по теме "Роль фотооксидазной активности в восстановлении оксианионов теллурита и селенита у пурпурных бактерий"

На правах рукописи

ГирСва Марина Владимировна

Роль фотооксидазной активности в восстановлении оксианнонов теллурита н селенита у пурпурных бактерий

Специальность 03.00.16 Экология

03.00.07 Микробиология

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Пермь - 2005

Работа выполнена на кафедре физиологии растений и микроорганизмов биологического факультета Пермского государственного университета

Научный руководитель:

доктор биологических наук, профессор Ременников Валентин Григорьевич

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук, профессор Саратов Александр Иванович

доктор биологических наук, профессор Карпунина Тамара Исаковна

Ведущая организация:

Институт микробиологии им. С.И. Виноградского РАН

Защита состоится «27» октября 2005 г. в 1330 часов на заседании диссертационного совета Д 212.189.02 при Пермском государственном университете по адресу: 614990, г Пермь, ул. Букирева, 15, зал заседаний Ученого Совета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Пермского государственного университета.

Автореферат разослав «■/&> сентября 2005г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

кандидат биологических наук, доцент /¿ЛТЙ-г <■ Л.В. Новоселова

46W

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.

Водные экосистемы, занимая центральное место в жизнеобеспечении человечества и функционировании биосферы, во многом определяют устойчивость и очищение ее от загрязняющих веществ. Самоочищение воды есть совокупность природных процессов направленных на уменьшение содержания в неб загрязняющих веществ, которое, прежде всего, обусловлено, способностью микроорганизмов разлагать и обезвреживать широкий спектр природных и синтетических соединений.

Важным звеном в цепи питания многих водных систем являются фогосингезирующие микроорганизмы, в частности пурпурные бактерии. Они обитают во многих водоемах и, благодаря особенностям метаболизма, способны расти как в анаэробных, микроаэрофипьных так и в аэробных зонах, а в качестве источника углерода и доноров электронов мотут использовать не только неорганические, но и органические вещества.

Достаточно большое количество промышленных объектов в городах Урала привело к загрязнению воздуха и поверхностных вод. В связи с этим актуальна проблема переработки и утилизации промышленных отходов, среди которых много токсичных (Экологическое состояние ..., 2004). Одним из источников загрязнения водоемов, приводящих к ухудшению качества воды и нарушающих условия обитания в них гидробионтов, являются сточные воды, содержащие разбавленные растворы тяжелых металлов (Квасников и др., 1993), а также токсичные соединения теллура и селена. Известно, что они могут оказывать в различных концентрациях токсическое действие как на клетки эукариот, так и на клетки прокариот.

Установлено, что микроорганизмы обладают способностью аккумулировать токсичные вещества в своих клетках и превращать их в нетоксичные соединения. Биологическая очистка позволяет снизить концентрации вредных веществ до норм предельно допустимых концентраций, а так же является экономически и экологически более эффективной, чем широко распространенные физико-химические методы (Дмитриеяко и др.,

Фотслрофные прокариоты представляют особый интерес, поскольку, благодаря особенностям своей жизнедеятельности, занимают значительное место в природе по участию в круговороте веществ. При благоприятных условиях биомасса этих микроорганизмов, в частности пурпурных бактерий, достигает значительной величины

В работах Мура и Каплана показано, что клетки пурпурных бактерий способны к утилизации теллурита и других редкоземельных металлов (Moore, Kaplan, 1992, 1994). Важность изучения пурпурных бактерий определяется ролью, которую они играют в

2003).

природной среде, а также возможностью использования человеком их особенностей для создания более безвредных дня окружающей среды технологий Поэтому для повышения эффективности биотехнологических процессов необходимо проведение разносторонних исследований по физиологии фотосинтезирующих бактерий.

В связи с этим основной целью данной работы явилось изучение роли фотооксидазной реакции в восстановлении оксианионов те гиту рига, селенита и других анионов клетками пурпурных бактерий.

В соответствии с поставленной целью были сформулированы следующие задачи-

1 Выяснить влияние некоторых органических кислот на рост несерных пурпурных бактерий Rhodobacter capsulatus, Rhodopseudomonas palustris и серной пурпурной бактерии Ectothiorhodospira shaposhnikovii в анаэробных условиях на свету.

2 Изучить воздействие ионов теллурита и селенита на рост серных и несерных пурпурных бактерий.

3. Изучить роль фотооксидазной реакции в восстановлении теллурита на модельных пигмент-содержащих системах.

4. Изучить влияние бихромата и ряда тяжелых металлов на фототрофный рост пурпурных бактерий и выяснить их устойчивость к данным соединениям

Научная новизна и практическое значение. Установлено, что восстановление теллурита и оксианионов других соединений протекает по механизму фотооксидазной реакции при участии электрон-транспортной цепи

Впервые показано, что восстановление теллурита и селенита протекает в модельной системе содержащей хлорофилл а, встроенный в мицеллы детергента тритона Х-100 и восстановленный аскорбатом. Исследования на пигмент-содержащих системах подтверждают вывод о том, что восстановление теллурита и селенита протекает при участии фотооксидазной реакции.

Процесс восстановления теллурита и селенита до их элементного состояния можно считать экологически важным, поскольку восстановление их сопровождается превращением данных соединений до менее токсичных форм В этой связи данный процесс может быть использован для очистки водоемов от токсичных форм теллура и селена

Полученные результаты позволили нам подтвердить, что по механизму фотооксидазной реакции могут восстанавливаться, а также обезвреживаться и оксианионы других элементов, имеющих редокс-потенциал близкий к кислороду

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Клетки пурпурных бактерий родов ЮюсЬкртНит, НЬоЫоЬасгег, ШоЖзрзешктопаз и ЕсшМогИоЛозрю, благодаря наличию фотооксидазной активности, наряду с системой дыхания обладают дополнительным механизмом резистентности к кислороду, а также к оксианионам теллура и селена, имеющих редокс-потенциал +827 мВ и +875 мВ соответственно, близкий к кислороду (+820 мВ).

2 Процессы дстоксикаци и/восстановления теллурита и селенита по механизму фотооксидазной реакции могут протекать как в нативных клетках, так и в модельных системах, содержащих хлорофилл а, встроенный в мицеллы детергента Тритона Х-100 в водном растворе аскорбата В клетках пурпурных бактерий восстановление теллурита и селенита происходит, вероятно, по следующей схеме:

аскорбат —»бактериохлорофилл а —> ТеОз2" —► Те0. I

БеОз2'—»Бе0

Организация исследования. Диссертационная работа выполнена на кафедре физиологии растений и микроорганизмов биологического факультета Пермского государственного университета. Диссертационная работа является продолжением исследований, которые проводились по изучению роли фотооксидазной активности пурпурных бактерий.

Апробация работы в публикации. В 2005г материалы работы докладывались на расширенном заседании кафедры физиологии растений и микроорганизмов биологического факультета Пермского государственного университета.

Материалы диссертации были представлены: на X Всероссийской научно-практической конференции «Экология: проблемы и пути решения» г. Пермь (25-27 апреля, 2002); на 2ой Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Экология и научно-технический прогресс», г.Пермь (14-16 ноября, 2003); на XI Всероссийской научно-практической конференции «Экология: проблемы и пути решения» г.Пермь (22-24 апреля, 2004); на 8-Й Международной Путинской школе-конференции молодых ученых «Биология - наука XXI века», г. Пущине (17-21 мая, 2004); на 9-й Международной Путинской школе-конференции молодых ученых «Биология - наука XXI века», г. Пугцино (18-22 апреля, 2005). ,

По теме диссертации опубликовано 13 работ.

Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 135 странш^ах печатного текста и состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, включающей описания объектов и методов исследований и обсуждение результатов исследований,

заключения, выводов и списка литературы. Список литературы включает 152 наименования Работа иллюстрирована при помощи 4 таблиц и 30 рисунков

Список принятых сокращений: Бхл - бактериохлорофилл, Вкл - включение света, Вык - выключение света, МИК - минимальная ингибирующая концентрация, НПБ - несерные пурпурные бактерии, ОП - оптическая плотность, ГШ - пурпурные бактерии, ПДК -предельно допустимая концентрация, ТБ" - ион тетрафенилбората.

Автор выражает глубокую признательность научному руководителю профессору В Г Ременникову, а также преподавателям кафедры физиологии растений и микроорганизмов за ценные указания и замечания при выполнении диссертационной работы

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Объектами исследования служили несерные пурпурные бактерии Rhodospirillum rubrum штамм 1R, Rhodobacter capsulatus В-10, R. sphaeroides 2R, Rhodopseudomonas palustris относящиеся к сем. Rhodospirillaceae и серные пурпурные бактерии сем. Ectothiorhodospiraceae - Ectothiorhodospira halophila 51/1В №9624, Ectothiorhodospira shaposhnikovu IK, чистые культуры которых были получены из коллекции микроорганизмов кафедры микробиологии Московского Государственного Университета. Культивирование бактерий проводили в анаэробных условиях в люминостате при освещении 1000 лк и температуре 30 - 35 X в пробирках с притертыми пробками Для несерных пурпурных бактерий использовалась среда (Böse et al., 1961) с pH 6,8. Для серных пурпурных бактерий -среда с витамином В12, тиосульфатом натрия и хлористым натрием с pH 8,0 (Ерицян, Ременников, 1991).

Пробирки заполняли средой, содержащей клетки бактерий, оптическая плотность (ОП) которой при 750 нм составляла 0 6 единиц. В результате этого исходная плотность клеточной суспензии во всех вариантах опытов была одинаковой.

Отбор проб для анализа проводился в стационарной фазе роста на 5 сутки после поезда. Рост культуры оценивали спектрофотометрически по изменению ОП при X - 750 нм.

Содержание бактериохлорофилла в клетках пурпурных бактерий определяли спектрофотомтрически, используя коэффициент экстинкции in vitro, равный 75 мМ см'1 при 772 нм Clayton, 1963) Концентрацию хлорофилла а «Fluka» AG, СН-9470 Buchs, определяли npi 660 нм, используя коэффициент экстинкции пигмента в этаноле 69 4 мМ см"1 (Seely, Jemen, 1965).

Понижение проникающих анионов тетрафенилбората (ТБ) измеряли с использовании фосфолипидной (азолектиновой) мембраны, разделяющей два отсека

тефлоновой кюветы с раствором. Для освещения суспензии хроматофоров использовали свет насыщающей интенсивности с длиной волны больше 660 им, при пропускании света через стеклянно-водяной фильтр (Ременников, Самуилов, 1977).

Поглощение кислорода клетками пурпурных бактерий и хлорофилла а измерялось полярографическим методом с использованием закрытого платинового электрода Кларка при 0.65 В (Ременников, Самуилов, 1977).

На каждом рисунке и таблице представлены средние данные не менее 5 независимых экспериментов, обработанные с помощью метода описательной статистики с применением пакета статистических программ Microsoft Excel (версия 7.0 для Windows). На графиках представлены только достоверные значения средних, величины отклонения при этом, как правило, не превышали 10%.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ Влияние доноров электронов на рост пурпурных бактерий в анаэробных условиях на

свету

Микроорганизмы характеризуются неодинаковой способностью использовать различные соединения углерода для конструктивного и энергетического метаболизма. Искусственные доноры и акцепторы электронов широко используются в исследованиях электрон-транспортной цепи. Эти соединения позволяют избирательно включать и выключать ее отдельные звенья (Самуилов и др., 1997).

Ременниковым В.Г. и Самуиловым В.Д. в опытах с антимицином а было показано, что функционирование циклической редокс-цепи пурпурных бактерий может осуществляться в двух режимах- как полная редокс-цепь, включающая все компоненты, и как сокращенная цепь, функционирующая без участия цитохрома Ъ (Ременников, Самуилов, 1979; Remennikov, Samuilov, 1979). Наиболее удобным донором электронов и источником углерода для пурпурных бактерий является соль яблочной кислоты (малат), наличие которой обеспечивает энергетические и биосинтетические потребности клеток (Hoover, Ludden, 1984; Tayeh, Madigan, 1987; Кондратьева, 1996; Ивановский и др., 1997). Ежовой с соавторами было установлено, что увеличение в среде малага вызывает двухфазное подавление роста R rubrum (Ежова и др., 2000). Эти данные согласуются с мнением Мура и Каплана, что при наличии в среде сильно восстановленных углеродных соединений в клетках синтезируется избыточное количество восстановленных хинонов и цитохромов, принимающих участие в функционировании как системы дыхания, так и в работе циклической редокс-цепи фотоиндуцированного переноса электронов (Moore, Kaplan, 1994). В результате их

накопления в клетках пурпурных бактерий нарушается окислительно-восстановительный баланс, что подавляет работу циклической редокс-цепи как генератора электрохимического протонного градиента (Самуилов, 1983) Фотосинтетическая цепь переключается на второй режим работы.

Исследуя влияние натриевой соли яблочной кислоты (мапата) на рост серных и несерных пурпурных бактерий было отмечено, что при увеличении ее концентрации в среде до 60 мМ происходит стимуляция роста бактериальных культур. При дальнейшем повышении содержания мапата в среде зависимость роста культур отличалась. Так, при повышении содержания малага от 60 до 400 мМ у Е. зИарозИткоуц не удалось выявить достаточно четкой двухфазное™ подавления роста (рис I). В первую фазу происходит незначительное подавление роста, порядка 10 %. В интервале концентраций мапата от 120

0 60 120 180 240 300 360 420 Малат, мМ

Рас. 1. Влияние различных концентраций малата на рост Е. shaposhnikovii (1) и R. capsulatum (2) в анаэробных условиях на свету. Г и П - фазы ингибирования роста культуры (100% - 6.6 и 4 6 ед. ОП, соответственно).

до 300 мМ оптическая плотность культуры устанавливается на относительно постоянном уровне, о чем свидетельствует ярко выраженное плато, и затем оптическая плотность постепенно падает при дальнейшем увеличении содержания малата в среде. Это, по-видимому, связано с фотооксидазпой активностью (Ременников, Самуилов, 1979 б) У данной бактерии активность обнаруживается после удаления эндогенных субстратов.

Подобные результаты были получены ранее при изучении влияния разных концентраций малата на рост несерных пурпурных бактерий R. rubrum, R sphaeroides и

ОП,% 120 1

20 "

серной пурпурной бактерии Е. halophila (Ежова и др., 1999, 2000; Еелевич, Гирева и др, 20016, г, 2001 в) Интересен тот факт, что вторая фаза ингибирования роста данных культур происходит при содержании малага более 120 мМ Однако, у Я capsulatus (рис 1) и R palustris, по сравнению с Е shaposhnikovii вообще не удалось выявить двухфазного подавления роста культур при росте на среде с малатом. Максимальный рост у Я capsulatus отмечается при концентрации маната 90-100 мМ.

В опытах с сукцинагом на Е shaposhnikovii нам удалось выявить более четко первую фазу подавления (рис. 2) Так, при использовании сукцината в качестве единственного источника углерода максимальный рост наблюдается при концентрации 100 мМ, а при концентрации более 300 мМ происходит незначительное медленное подавление роста

ОП.%

Скуцинат, мМ

Рис. 2. Влияние различных концентраций сукцината на рост Е. *1юроакп1кот в анаэробных условиях на свету.

1 - сукцинат, как единственный источник углерода, 2- сукцинат на фоне 60 мМ малага, 3 - сукцинат на фоне 120 мМ малата (100% соответствует 6.6 ед. ОП).

культуры. Однако, при внесении сукцината в среду культивирования как дополнительного источника углерода на фоне содержания малата 60 мМ, наблюдается стимуляция роста культуры на 20 % при концентрации сукцината 100 мМ, а затем наступает ингибирование культуры. При внесении сукцината на фоне содержания малата 120 мМ наблюдается небольшое плато при концентрации 10-50 мМ сукцината. Дальнейшее увеличение содержания скуцинагта в среде вызывает однофазное подавление роста культуры.

Для подтверждения того, что подавление роста в первую фазу ингибирования не связано с увеличением осмотического давления, нами были проведены исследования с

полютиленглиголем-300 Полиэтиленгликоль - это высоко молекулярное соединение, представляющее собой длинные линейные полимеры, которые с помощью водородных связей способны удерживать молекулы воды, и тем самым способное повышать осмотическое давление в среде.

При воздействии различных концентраций полиэтиленгликоля на Е. shaposhmkovn происходит резкое подавление роста при его содержании более 60 мМ (рис 3). Судя по характеру кривых роста культуры с мал атом и полиэтиленгликолем можно полагать, что первая фаза подавления не зависит от осмотического давления среды создаваемого манатом Известно, что клетки пурпурных бактерий интенсивно поглощают малат на свету (Zebrower, Loach, 1982). Аналогичные данные были получены ранее при культивировании R. rubrum с полиэтиленгликолем (Белевич, Гирева и др., 2001 а).

Полиэтиленгликоль, малат, мМ Рис. 3. Влияние разпых концентраций полиэтиленгликоля и малата на рост ЕлНароакЫШИ в анаэробных условиях на свету.

1 - полиэтиленгликоль, 2 - малат (100% соответствует 6.6 ед. ОП).

Подавление роста культур, в первую фазу обусловлено избыточным количеством восстановленных соединений, таких как хиноны и цитохромы, а далее, во вторую фазу, осмотическим давлением, возникающем при увеличении в среде органических соединений.

Влияние акцепторов электронов на фототрофный рост пурпурных бактерий Рост пурпурных бактерий в присутствии органических кислот подавляется, так как в клетке наступает энергетический кризис Для поддержания гомеостаза редокс-бапанса в клетке должна быть решена проблема окисления перевосстановленных компонентов. Для этой цепи могут быть использованы механизмы восстановления различных акцепторов

электронов (Moore, Kaplan, 1994), к числу которых следует отнести прежде всего молекулярный кислород и перекись водорода (Мартыненко, Ременников, 2001).

Функцию акцепторов электронов могут выполнять оксианионы теялурита (ТеОз2") и селенита (SeCV2). Возможность данных соединений быть акцепторами электронов и принимать участие в регуляции электротранспортной системы пурпурных бактерий связана с близкими значениями стандартных электродных потенциалов кислорода и ТеОз2 и SeCb"2, так потенциал пары (ТеОз2-/ Те0) равен 0.827 В, пары (5еОз"2/8е°) - 0.875 В (Баешов и др., 1989), а пары (О2/Н2О) - 0.820 В (Скулачев, 1989).

Исследования, проведенные на культурах R. rubrum и £ shaposhnikovii показали, что теллурит анионы в небольших концентрациях оказывают стимулирующее действие на рост бактерий в условиях перевосстановления компонентов циклической редокс цепи малатом в концентрации 120 мМ (рис. 4).

-lg [КгТеОз], М

Ряс. 4. Влияние различных концентраций теллурита калия на рост R. rubrum (1) н Е. shaposhnikovii (2) в анаэробных условиях на свету на фоне 120 мМ малата (100% -5.4 и 6.6 ед. ОП, соответственно).

При этом происходит восстановление теллур ита до элементарного теллура внутри клетки (Taylor et al., 1988, Lloyd-Jones et а!.. 1991, 1994, Moore, Kaplan, 1992, 1994). При больших концентрациях теллур ита, происходит хорошо заметное почернение культур в пробирках. В транспорте теллур ита через мембрану участвует система транспортирующая двухвалентные анионы орто-фосфата (НГО42"). Источником энергии для данной системы служит протондвижущая сила (Соломенный, 1998). Подобные результаты были получены при исследовании способности оксианионов селенита выполнять роль акцепторов

электронов для поддержания редокс-бапанса клетки в условиях избытка органических веществ (рис. 5).

ОП,%

100 -

25 '

75 '

50 '

08765432 -lg [NajSeOä], М

Рис. 5. Влияние селенита на рост Е. shaposhnikovli (1) и R. rubrum (2) в анаэробных условиях на свету иа фоне 120 мМ малата (100 % - 5.4 и 6.6 ед. ОП, соответственно).

Эффекта стимуляции не наблюдается при оптимальных условиях роста культур Тем не менее, в обоих случаях дальнейшее увеличение концентраций как теллурига, так и селенита в среде подавляет рост бактерий Это связано, вероятно, с токсическим действием соединений на клетки Аналогичные результаты были получены в экспериментах с R-capsulatus, R. palustris, Е. halopMla.

Механизм ассимиляции селенита клетками еще не известен, но предполагается, что восстановление селенита до селена происходит через систему тиоредоксин-глутаредоксин или через альтернативные пути входящие в метаболизм серы (Stolz, Oremland, 1999)

Подбор концентраций селенита натрия и теллурига калия проводили относительно величины ПДК в водной среде, которая для них составляет 0,01 мг/л. Мы использовали в исследованиях как превышающие ПДК концентрации, так и не токсичные концентрации.

Таким образом, оксианионы теллурита и селенита, выполняя роль акцептора электронов, подобно кислороду, осуществляют регуляцию работы циклической редокс-цепи пурпурных бактерий и тем самым, регулируют редокс-баланс клетки.

Кроме того, ингибирующее действие органических кислот снимается при добавлении фумарата Фумарат является промежуточным продуктом цикла трикарбоновых кислот и благодаря двойной связи может принимать на себя электроны. Окислительно-восстановительный потенциал пары фумарат-сукцинат равен 0 03 В Фумарат является акцептором электронов на уровне убихинонов

Регуляция работы циклической редокс-цепи, вероятно, происходит на уровне хроматофоров клетки. Хроматофоры, которые обладают фотооксилазной активностью, следует рассматривать как биологические «топки», сжигающие органические вещества с целью снижения концентрации кислорода в клетке (Ременников, 1997).

Влияние теллурита на генерацию мембранного потенциала в клеточных хроматофори R. rubrum

Для изучения регулпорной роли фотооксидазной реакции использовали клетки R. rubrum, инкубируемые в аэробных и анаэробных условиях с различными донорами и акцепторами электронов.

Клетки R. rubrum, инкубируемые аэробно, поглощают анионы тетрафенилбората (ТБ ). Этот процесс, протекающий в темноте, обусловлен поглощением данных анионов по градиенту концентрации и их высоким коэффициентом распределения между гидрофобной фазой клетки и водной средой (Ременников, Самуилов, 1979).

Полученные данные показывают, что регуляторная роль фотооксидазной реакции в генерации мембранного потенциала, обусловленна работой циклической редокс-цепи клеточных хроматофоров R. rubrum. В аэробных условиях, вследствие оттока электронов на кислород, в результате протекания фотооксидазной реакции, и, в анаэробных условиях в присутствии донора электронов, наблюдается ингибирование генерации мембранного потенциала, которое устраняется в первом случае при создании анаэробных условий, а во втором - при добавлении акцепторов электронов, которые устраняют чрезмерное восстановление компонентов циклической редокс-цепи (фумарат, О2, теллурит оксианион -TeOj2-).

Таким образом, теллурит, выполняя роль акцептора электронов, подобно кислороду, осуществляет регуляцию работы циклической редокс-цепи пурпурных бактерий в восстановительных условиях и тем самым регулирует редокс-баланс клетки (Гирева и др, 2004).

Модельные системы

Известно, что интактные клетки и изолированные мембраны пурпурных бактерий, инкубированные с донорами электронов, при освещении поглощают кислород В зависимости от видов бактерий данный процесс или подавляется о-фенантролином или устойчив к данному ингибитору (Ременников, Самуилов, 1981).

В водном растворе детергента тритона Х-100 на свету в присутствии хлорофилла а и аскорбата наблюдается поглощение кислорода (рис 6). Поглощение кислорода прекращается

Вкл

g 125-ё

О 1 2 3 4 5 Время, мин

Рис. 6. Влияние оксианиона теллурнта (ТеОз2") на фотоиндуцнрованное поглощение кислорода хлорофиллом а в водном растворе тритона Х-100 и 10 мМ аскорбиновой кислоты.

Вкл и Вык - включение и выключение света, КгТеОэ - 10 мкМ

при выключении света (или при включении зеленого света) и возобновляется вновь после включения света. Последующее добавление теллурита калия (КгТеОз) к среде инкубации ингибирует поглощение кислорода. Данный эффект, вероятно, связан с тем,' что теллурит калия принимает электроны с хлорофилла на себя, тем самым конкурирует с кислородом, как это было ранее показано с азидом натрия (Барский и др., 1986).

Подобная зависимость наблюдается и на клетках £ halophila. После длительной выдержки в темноте клетки перестают поглощать кислород, но включение света вызывает устойчивое к о-фенангролину фотоиндударованное поглощение кислорода, которое подавляется при выключении света, а также при последующем добавлении теллурита калия (КгТеОз) в среду инкубации.

Скорость фотооксидазной реакции модельных пигмент-содержащих систем и клеток не зависит от рН среды инкубации, что согласуется с данными опытов, проведенными на изолированных из клеток пигмент-белковых комплексах светособираюшей антенны (Ременников, Самуилов, 1980) и хлорофилле a (Abdouiashitova et al., 1984).

Следовательно, пигментсодержащие комплексы способны не только к фотоокислению кислородом, но и окислению другими акцепторами электронов, что подтверждает мнение Ременникова В.Г. (1996) о том, что термин «фотооксидазная реакция» имеет более широкую природу и распространяется не только на кислород, но и на другие акцепторы электронов.

На фотографии показано восстановление модельными системами теллурита (рис 7) и селенита (рис. 8).

Рис. 7. Фотовосстановление теллурита калия (K2TeOj) хлорофиллом а (1,2,3) ■ хиноном (4,5).

1 - 10 мМ хлорофилла а, 10 мМ аскорбага, 100 мМ К2ТеСЪ; 2 - + 10 мМ NäN3; 3 - + 100 мМ аскорбата; 4 - 20 мМ хинона, 10 мМ аскорбага, 100 мМ К2Те03; 5 - + 10 мМ о-фенантролина.

Рис. 8. Фотовосстановление селенита натрия (NajSeOj) хлорофиллом а

1 -10 мМ хлорофилла а, 10 мМ аскорбата, 100 мМ Na2Se03; 2 - + 10 мМ NaN3;

3 - + 100 м.М аскорбата.

В первых пробирках продемонстрировано восстановление теллурита (рис 7) и селенита (рис. 8) хлорофиллом а встроенного в мицеллы детергента тритона Х-100. В качестве донора электронов использовали аскорбиновую кислоту. На примере теллурита происходит восстановление данного соединения до теллура, что выражается в почернении содержимого пробирки (Moore, Kaplan, 1992). Селенит, восстанавливаясь до селена, дает красное окрашивание Далее в пробирки был добавлен азид натрия (ЫаЫз), который ингибирует процесс восстановления теллурита и селенита, подобно подавлению фотооксидазной реакции (Барский и др., 1986; Ременников, Слищенко, 1995) В результате

последующего добавления аскорбиновой кислоты, происходит снятие ингибируюшего действия NaN3 и вновь наблюдается восстановление теллурита и селенита (рис. 7, 8, пробирка 3) Азвд натрия, ингибирующий фотоокисление хлорофилла а, является конкурентом по отношению к аскорбату и кислороду (Барский и др., 1986) (и, вероятно, к теллуриту и селениту).

Сходные результаты продемонстрированы в опытах с хиноном (рис. 7, пробирки 4, 5) Так водный раствор хинона (витамин Кз) в присутствии аскорбиновой кислоты восстанавливает теллурит калия, продуктом восстановления, вероятно, является теллур (пробирка 4) (Moore, Kaplan, 1992). Данный процесс подавляется о-фенантролином -ингибитором фотоиндуцированного поглощения кислорода (рис. 23, пробирка 5). На основании опыта можно полагать, <по ингибирующее действие о-фенашролина на систему переноса электронов обусловлено его взаимодействием с молекулами мембранного фонда хинонов, что вызывает подавление процесса восстановления конечных акцепторов электронов (кислород, теллурит).

Таким образом, исследования, проведенные с теллуригом калия на пигмент-содержащих системах, подтверждают вывод о том, что восстановление теллурита калия протекает при участии фотооксидазной реакции по двум механизмам. Первый механизм фотооксидазной реакции протекает при участии компонентов реакционного центра и обусловлен взаимодействием фотовосстановленного вторичного хинона с оксианионом теллурита, который выполняет роль акцептора электронов вместо кислорода.

Второй механизм фотооксидазной реакции обусловлен переносом электронов с аскорбата и непосредственным взаимодействием бактериохлорофилла а антенны с ТеОз2' или SeCh1" по следующей схеме: Аскорбат -» Бактериохлорофилл а -> ТеОз2' —»Те0

2 4 О

SeCb -* Se

Данный процесс заслуживает внимания с экологической точки зрения, поскольку происходит не только восстановление теллурита и селенита, но и дегоксикация данных соединений до менее токсичных теллура и селена. В этой связи процесс восстановления/детоксикации может быть успешно использован для очистки водоемов от токсичных форм теллурита и селенита.

Полученные результаты позволили нам предположить, что по механизму фотооксидазной реакции могут восстанавливаться, а также обезвреживаться, оксианионы других элементов.

Влияние рядя токсичных соединений на фототрофный рост пурпурных бактерий

В результате антропогенных воздействий в водных экосистемах возрастает содержание тяжелых металлов. Данная проблема очень актуальна и интенсивно исследуется во всем мире К настоящему времени накоплен большой объем информации о способности бактерий, выделенных из загрязненных почв и водных систем, использовать органические загрязнители в качестве единственного источника энергии и углерода, а соединения тяжелых металлов, которые, как правило, представляют собой переменновалетные элементы в их максимально или частично окисленной форме, могут использоваться в качестве конечных акцепторов электронов По объему поступления в водную среду тяжелые металлы являются основной группой загрязняющих веществ. Опасность их связана с возможностью накопления и передачей по пищевым цепям, а также с высокой токсичностью.

Как уже было показано фсгготрофные бактерии, в частности пурпурные бактерии, участвуют в детоксикации некоторых токсичных соединений и способны выдерживать достаточно большие их концентрации. В связи с этим интересно было изучить порог чувствительности к следующим соединениям: К2ТеОз, Na2Se03, K2Cr207, AgNOi, ZnS04«7H20, CuS04-7H20, FeS04-7H20, Со(ЫОз)2, NiS04'7H20. Для определения минимальных ингибирующих концентраций (МИК) данных соединений применяли стандартную среду для культивирования пурпурных бактерий, среду Бозе (Bose et al., 1961). Было замечено, что устойчивость к тяжелым металлам и токсичным соединениям у разных видов пурпурных бактерий различна. Ряд устойчивости (от более токсичного элемента к менее токсичному) для несерных пурпурных бактерий R. rubrum следующий: серебро, медь, хром, цинк, селен, никель, теллур, железо, кобальт.

Данный ряд устойчивости отличается от такового для Е. shaposhnikovii: цинк, хром, селен, серебро, никель, теллур, кобальт, медь, железо.

Возможное отличное поведение Е. shaposhnikovii от R. rubrum заключается в том, что у данной бактерии наблюдается мощная слизистая капсула на поверхности клетки, которая способна частично препятствовать действию металла на клетку.

Известно, что акцепторами электронов при анаэробном окислении органических веществ могут служить сульфаты, нитраты и бихроматы Исследования, проведенные по изучению влияния различных концентраций сульфата цинка, меди, железа, нитрата серебра и бихромата калия на фототрофный рост Я rubrum показали, что в условиях перевосстановления электрон-транспортной цепи избытком яблочной кислоты происходит небольшая стимуляция роста данных бактерий (рис 9). Аналогичные результаты были получены с Е. shaposhnikovii

ОП, % 100 -

75 -

50 -

25 -

q -1-1-1-1-1-1

0 7 6 5 4 3 2 -lg [ZnS04, C11SO4, FeSO«, AgNOj, К2СГ2О7], M

Рис. 9. Влияние сульфатов железа, цяика, меди, нитрата серебра и бихромата калия на фототрофный рост пурпурной бактерии Я. rubrum на фоне 120 мМ малата. 1- FeSO«, 2 - AgNOj, 3 - К2&2О7,4 - C11SO4,5 - ZnS04 (100% соответствует 5.4 ед. ОП).

Полученные данные, свидетельствуют о том, что сульфат-, нитрат- и бихромат анионы, вероятно, в определенных условиях могут регулировать работу редокс-цепи в результате оттока на них электронов.

Наряду с тем, что соединения теллура и селена являются достаточно токсичными веществами, способными загрязнять природные экосистемы, интерес к ним возрастает, так как на современном уровне развития науки и техники становится все более актуальным производство чистых элементов и их соединений со специально заданными свойствами. Традиционным методам получения селена, теллура и их некоторых соединений является электрохимический метод (Баешов и др, 1989). Однако, как показали исследования, получение данных соединений, используя пурпурные бактерии, вероятно, будет иметь как техническое так и экономическое преимущество На сегодняшний день основные исследования в области биохимии восстановления теллурит-оксианионов выполнены на фотосингезирующих бактериях (Moore, Kaplan, 1992,1994, Yurkov et al, 1996)

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

это фотоиндуцированный нециклический перенос электронов, протекающий при участии компонентов реакционного центра и обусловленый взаимодействием вторичного хинона с кислородом (Remennikov, Samuilov, 1979 а, в; Ременников, Самуилов, 1981) Для достижения поставленной задачи в экспериментах использовали различные доноры и акцепторы элеюронов, которые позволяют избирательно включать и выключать отдельные звенья фотосинтетической цепи. В качестве доноров электронов использовали натриевые соли " органических кислот - маяат и сукцинат. При повышенных концентрациях данных соединений в большинстве случаев происходит ингибирование роста пурпурных бактерий в ^ результате перевосстановления компонентов циклической редокс-цепи и подавлению ее электрогенной функции. Это утверждение подтверждается тем, что при добавлении в среду инкубации акцепторов электронов, таких как ТеОз2', веОз2", СГ2О72", NO3', SO42', происходит стимуляция роста бактериальной популяции, т.е. происходит решение донорно-акцепторной проблемы.

Поэтому можно полагать, что соотношение доноров и акцепторов в среде является определяющим фактором роста пурпурных бактерий, а регулирующее действие фогооксидазной реакции на работу циклической редокс-пепи осуществляется внутри клетки на уровне хроматофоров, обладающих фогооксидазной активностью.

Подтверждение роли фогооксидазной активности в восстановлении оксианионов теллурита и селенита было доказано при проведении экспериментов на модельных хлорофилл- и хинон-содержащих системах. Также было показано, что фото индуцированное поглощение кислорода хлорофиллом а, а так же и клетками Е. hatophila, подавляется при добавлении в среду инкубации теллурита калия Данный эффект, вероятно, связан с тем, что теллурит калия принимает электроны с хлорофилла на себя, тем самым конкурирует с кислородом, как это было ранее показано с азидом натрия (Барский и др, 1986).

Следовательно, способность пурпурных бактерий восстанавливать, и обезвреживать соединения оксианионы теллура, селена, хрома и другие, переводя их в менее токсичные 5 формы в результате фогооксидазной реакции в условиях избытка органического вещества

представляет значительный интерес не только с научной точки зрения, но и в плане применения данных бактерий в очистных сооружениях.

ВЫВОДЫ

1. Пурпурные бактерии R. rubrum 1R, R palustris, R spheroides 2R, R. capsulatus B-10, E halophila 51/1B 9624 и E. shaposhnikovti 313 при фотогетеротрофном росте способны достаточно эффективно поддерживать гомеостаз редокс-потенциала своих клеток в присутствии таких акцепторов электронов как ТеОз2", SeCb2", СГ2О72", NO3', SO42' Поэтому

они могут продолжать достаточно хорошо расти лаже при повышенных концентрациях малага и сугцината, которые создают восстановительные условия в питательной среде, что приводит к перевосстановлению компонентов циклической редокс-цепи и подавлению ее электрогенной функции.

2 Эффективная детоксикация/восстановление теллурита (ТеОз2") и селенита (SeCb2') нативнымн клетками пурпурных бактерий на свету обусловлена фотооксидазной активностью. Оксианионы, выполняющие роль акцептора электронов вместо кислорода, могут взаимодействовать, во-первых, с фотовосстановленным вторичным хиноном реакционного центра фотосинтетической системы и/или, во-вторых, непосредственно с бактериохлорофиллом а светособирающей антенны

3. Восстановление теллурита и селенита протекает не только в интактных клетках пурпурных бактерий, но и в модельных системах содержащих хлорофилл а, встроенный в молекулы детергента тритона Х-100 в присутствии аскорбата по второму механизму фотооксидазной реакции.

4 Выявлено, что ряд устойчивости к солям металлов и металлоидов у несерной пурпурной бактерии Я rubrum в анаэробных условиях на свету (Со, Fe, Те, Ni, Se, Zn, Cr, Си, Ag) отличается or такового у серной пурпурной бактерии Е shaposhnikovu (Fe, Си, Со, Те, Ni, Ag, Se, Cr, Zn), образующие слизистые капсулы на поверхности клеток.

5. Значения минимальных ингибирующих концентраций (МИК) у изученных штаммов пурпурных бактерий достигают 0.7 ± 0.2 мМ для NaiSeCh и 2.5 ± 0 5 мМ для КдТеОз, что в десятки раз выше МИК для гетеротрофных грамотрицательных и грамположигельных бактерий, но несколько ниже, чем у облигатно аэробных фотосинтезирующих бактерий рода Erythromicrobium (Yurkov et al, 1996).

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ Белевич И.О., Гирева М.В., Ремеиников В.Г. Влияние осмотического и окислительного стрессов на рост несерной пурпурной бактерии Rhodospirillum rubrum в анаэробных условиях на свету // Материалы IX Межвузовской конференции студентов, аспирантов, молодых ученых «Экология, проблемы и пути решения». - Пермь, 2001. - Ч. П. С.47-51.

Белевич И.О, Гирева М В, Ременников В Г., Суворов В.И., Чудинова Л.А. Влияние Ог и Н2О2 на рост пурпурных бактерий на среде с манатом // Вестник 111'У, Сер. Биология. Вып. 4. - Пермь, 2001. - С. 107-120

Белевич И.О, Г ирева М.В., Ременников В.Г Ингибирующее влияние аэрации среды и перекиси водорода на рост серной пурпурной бактерии Eclothiorhodospira halophita на среде

с манатом // Труды межд. науч конф Перспективы развития естественных наук в высшей школе Т 3 Экология. Предпринимательство в научно-технической сфере - Пермь, 2001. -С 127-131

Белевич И.О., Гирйва М.В., Ременников В.Г. Восстановление теллурита клетками пурпурных бактерий и модельными системами // Материалы межрегион конф молодых ученых «Современные проблемы экологии, микробиологии и иммунологии» - Пермь, 2002 -С. 35-36.

Белевич И О, Гирйва М.В., Иванова М.Н, Рахманысо М.Г., Ременников В.Г. Стимулирующий эффект теллурита на фототрофный рост пурпурных бактерий // Материалы X Всероссийской науч.-практ конф «Экология проблемы и пути решения» Ч. 2: - Пермь, 2002 - С.32-34.

Гирйва М.В., Белевич И.О., Иванова М.Н., Рахманько М.Г., Филатьева Л.В, Ременников В Г. Влияние сукцинага, фумарата и некоторых оксвдантов на фототрофный рост пурпурной бактерии Rhodospirillum rubrum // Материалы XI Межвузовской конференции студентов, аспирантов, молодых ученых «Экология: проблемы и пути решения». - Пермь, 2003. - С. 26-27.

Филатьева Л.В, ГирСва М.В., Белевич И О Экологическая роль фотооксидазной реакции пурпурной бактерии Rhodospirillum rubrumll Материалы 2ой Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Экология и научно-технический прогресс». — Пермь, 2003. - С 192-193

Гирйва М.В., Белевич ИО, Ременников В.Г. Регуляторная роль фотооксидазной реакции в работе циклической редокс-цепи интактных хромагофоров пурпурной бактерии Rhodospirillum rubrum //Вестник ПГУ. Сер Биология. Вып. 2 -Пермь, 2004 -С. 107-109

Гирйва М В., Белевич И.О. Влияние теллурита и селенита на рост пурпурной бактерии Rhodospirillum rubrum // Материалы XII Всерос науч.-практ конф. стул., асп и молодых ученых «Экология: проблемы и пути решения». Ч. 2: - Пермь, 2004. -С.41-42.

Гирйва М.В., Белевич И.О., Филатьева Л В, Ременников В Г Влияние теллурита, селенита и бихромата на рост пурпурной бактерии RhodosptriUum rubrum // 8-я Международная Путинская школа-конференция молодых ученых «Биология - наука XXI века». - Пущино, 2004. - С. 143-144.

Белевич И О, Гирйва М.В , Филатьева Л В., Ременников В Г. Микробная деградация некоторых токсичных форм тяжелых металлов в водной экосистеме // Заочная электронная конференция «Успехи современного естествознания Экология промышленных регионов России». - 2004. -С. 39-40.

Ременников В Г, Белевич ИО, Гирева МВ. Фогооксидазная реакция пурпурных бактерий как механизм детоксикации кислорода II Межвузовский сборник Химия Технология Качество Состояние проблемы и перспективы решения Из-во МГТУ -Магнитогорск, 2005 - С 125-129.

Филатьева Л В., Гирева М.В, Белевич И О, Ременников В.Г. Способность пурпурных бактерий к восстановлению и обезвреживанию некоторых оксианионов // 9-я Международная Путинская школа-конференция молодых ученых «Биология - наука XXI века». - Пущино, 2005. - С.217

Подписано в печать 15.09.2005 г Печать офсетная. Тираж 100 экз. Заказ № В12 Отпечатано на ризографе ООО «УЦ Информатика» 614990, г. Пермь, ул. Букирева,15

Р17980

РНБ Русский фонд

2006-4 16714

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Гирева, Марина Владимировна

ф Список принятых сокращений.

ВВЕДЕНИЕ.

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

Глава 1. Характеристика пурпурных бактерий.

1.1. Место пурпурных бактерий среди фототрофных микроорганизмов.

1.2. Особенности строения и метаболизма пурпурных бактерий.

1.3. Экология пурпурных бактерий.

Глава 2. Роль кислорода в жизни микроорганизмов.

2.1. Механизмы детоксикации молекулярного кислорода.

2.2. Фотооксидазная активность пурпурных бактерий.

Глава 3. Экологическая значимость соединений теллура и селена.

3.1. Теллурит и его влияние на микроорганизмы.

3.2. Влияние селенита на микроорганизмы.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Глава 4. Материалы и методы исследования.

4.1. Объекты исследования.

4.2. Культивирование бактерий.

4.3. Методы измерения.

Глава 5. Результаты и обсуждение.

5.1. Влияние доноров электронов на рост пурпурных бактерий в анаэробных условиях на свету.

5.1.1. Влияние малата на фототрофный рост пурпурных бактерий.

5.1.2. Влияние сукцината и малоната на рост пурпурных бактерий.

5.2. Влияние акцепторов электронов на фототрофный рост пурпурных бактерий.

5.2.1. Влияние фумарата на рост пурпурных бактерий.

5.2.2. Влияние теллурита на рост пурпурных бактерий.

5.2.3. Влияние селенита натрия на рост пурпурных бактерий

5.3. Влияние теллурита на генерацию мембранного потенциала клеточных хроматофоров Rhodospirillum rubrum.

5.4. Модельные пигментсодержащие системы.

5.5. Влияние бихромата калия и некоторых тяжелых металлов на рост пурпурных бактерий.

5.5.1. Влияние бихромата калия на рост пурпурных бактерий.

5.5.2. Влияние тяжелых металлов на фототрофных рост пурпурных актерий.

5.5.3. Устойчивость пурпурных бактерий к некоторым соединениям тяжелых маталлов и металлоидов.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Роль фотооксидазной активности в восстановлении оксианионов теллурита и селенита у пурпурных бактерий"

Актуальность темы.

Водные экосистемы, занимая центральное место в жизнеобеспечении человечества и функционировании биосферы, во многом определяют устойчивость и очищение ее от загрязняющих веществ. Самоочищение воды есть совокупность природных процессов направленных на уменьшение содержания в ней загрязняющих веществ, которое, прежде всего, обусловлено, способностью микроорганизмов разлагать и обезвреживать широкий спектр природных и синтетических соединений.

Важным звеном в цепи питания многих водных систем являются фотосинтезирующие микроорганизмы, в частности пурпурные бактерии. Они обитают во многих водоемах и, благодаря особенностям метаболизма, способны расти как в анаэробных, микроаэрофильных, так и в аэробных зонах, а в качестве источника углерода и доноров электронов могут использовать не только неорганические, но и органические вещества.

Достаточно большое количество промышленных объектов в городах Урала привело к загрязнению воздуха и поверхностных вод. В связи с этим актуальна проблема переработки и утилизации промышленных отходов, среди которых много токсичных (Экологическое состояние ., 2004). Одним из источников загрязнения водоемов, приводящих к ухудшению качества воды и нарушающих условия обитания в них гидробионтов, являются сточные воды, содержащие разбавленные растворы тяжелых металлов (Квасников и др., 1993), а также токсичные соединения теллура и селена. Известно, что они могут оказывать в различных концентрациях токсическое действие как на клетки эукариот, так и на клетки прокариот.

Фототрофные прокариоты представляют особый интерес, поскольку, благодаря особенностям своей жизнедеятельности, занимают значительное место в природе по участию в круговороте веществ. При благоприятных условиях биомасса этих микроорганизмов, в частности пурпурных бактерий, достигает значительной величины.

В работах Мура и Каплана показано, что клетки пурпурных бактерий способны к утилизации теллурита и других редкоземельных металлов (Moore, Kaplan, 1992, 1994), Важность изучения пурпурных бактерий определяется ролыо, которую они играют в природной среде, а также возможностью использования человеком их особенностей для создания более безвредных для окружающей среды технологий. Поэтому для повышения эффективности биотехнологических процессов необходимо проведение разносторонних исследований по физиологии фотосинтезирующих бактерий.

В связи с этим основной целью данной работы явилось изучение роли фотооксидазной реакции в восстановлении оксианионов теллурита, селенита и других анионов клетками пурпурных бактерий.

В соответствии с поставленной целыо были сформулированы следующие задачи:

1. Выяснить влияние некоторых органических кислот на рост несерных пурпурных бактерий Rhodobacter capsulatus, Rhodopseudomonas palustris и серной пурпурной бактерии Ectothiorhodospira shaposhnikovii в анаэробных условиях на свету.

2. Изучить воздействие ионов теллурита и селенита на рост серных и несерных пурпурных бактерий.

3. Изучить роль фотооксидазной реакции в восстановлении теллурита на модельных пигмент-содержащих системах.

4. Изучить влияние бихромата и ряда тяжелых металлов на фототрофный рост пурпурных бактерий и выяснить их устойчивость к данным соединениям.

Научнаи новизна н практическое значение.

Установлено, что восстановление теллурита и оксианионов других соединений протекает по механизму фотооксидазной реакции при участии электрон-транспортной цепи.

Процесс восстановления теллурита и селенита до их элементного состояния можно считать экологически важным, поскольку восстановление их сопровождается превращением данных соединений до менее токсичных форм. В этой связи данный процесс может быть использован для очистки водоемов от токсичных форм теллура и селена.

Основные ПОЛО/КСИШ1, выносимые на защиту:

1. Клетки пурпурных бактерий родов Rhodospirillum, Rhodobacter, Rhodopseudomonas и Ectothiorhodospira, благодаря наличию фотооксидазной активности, наряду с системой дыхания обладают дополнительным механизмом резистентности к кислороду, а также к оксианионам теллура и селена, имеющих редокс-потенциал +827 мВ и +875 мВ соответственно, близкий к кислороду (+820 мВ).

2. Процессы детоксикации/восстановления теллурита и селенита по механизму фотооксидазной реакции могут протекать как в нативных клетках, так и в модельных системах, содержащих хлорофилл а, встроенный в мицеллы детергента Тритона Х-100 в водном растворе аскорбата. В клетках пурпурных бактерий восстановление теллурита происходит, вероятно, по следующей схеме:

О П аскорбат —* бактериохлорофилл а —> ТеОз —> Те I

Se032"-+ Se°

Организации исследовании.

Диссертационная работа выполнена на кафедре физиологии растений и микроорганизмов биологического факультета Пермского государственного университета. Диссертационная работа является продолжением исследований, которые проводились по изучению роли фотооксидазной активности пурпурных бактерий.

Автор выражает глубокую признательность научному руководителю профессору В.Г. Ременникову, а также преподавателям кафедры физиологии растений и микроорганизмов за ценные указания и замечания при выполнении диссертационной работы.

Апробация работы и публикации.

В 2005г. материалы работы докладывались на расширенном заседании кафедры физиологии растений и микроорганизмов биологического факультета Пермского государственного университета.

Материалы диссертации были представлены: на X Всероссийской научно-практической конференции «Экология: проблемы и пути решения» г. Пермь (25-27 апреля, 2002); на 2°" Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Экология и научно-технический прогресс», г.Пермь (14-16 ноября, 2003); на XI Всероссийской научно-практической конференции «Экология: проблемы и пути решения» г.Пермь (22-24 апреля, 2004); на 8-й Международной Пущинской школе-конференции молодых ученых «Биология - наука XXI века», г. Пущино (1721 мая, 2004); на 9-й Международной Пущинской школе-конференции молодых ученых «Биология - наука XXI века», г. Пущино (18-22 апреля, 2005).

По теме диссертации опубликовано 13 печатных работ.

Объем н структура диссертации.

Диссертация изложена на 135 страницах печатного текста и состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, включающей описания объектов и методов исследований и обсуждение результатов исследований, заключения, выводов и списка литературы. Список литературы включает 152 наименования. Работа иллюстрирована при помощи 4 таблиц и 30 рисунков.

Заключение Диссертация по теме "Экология", Гирева, Марина Владимировна

ВЫВОДЫ

1. Пурпурные бактерии R. rubrum IR, R. palustris, R.spheroides 2R, R.capsulatus B-10, E. halophila 51/1В 9624 и E. shaposhnikovii 313 при фотогетеротрофном росте способны достаточно эффективно поддерживать гомеостаз редокс-потенциала своих клеток в присутствии таких акцепторов л л л л электронов как Те03Se03Cr207 N03", S04Поэтому они могут продолжать достаточно хорошо расти даже при повышенных концентрациях малата и сукцината, которые создают восстановительные условия в питательной среде, что приводит к перевосстановлению компонентов циклической редокс-цепи и подавлению ее электрогенной функции.

2. Эффективная детоксикация/восстановление теллурита (Те032") и селенита (Sc032') нативными клетками пурпурных бактерий на свету обусловлена фотооксидазной активностью. Оксианионы, выполняющие роль акцептора электронов вместо кислорода, могут взаимодействовать, во-первых, с фотовосстановленным вторичным хиноном реакционного центра фотосинтетической системы и/или, во-вторых, непосредственно с бактериохлорофиллом а светособирающей антенны.

4. Выявлено, что ряд устойчивости к солям металлов и металлоидов у несерной пурпурной бактерии R. rubrum в анаэробных условиях на свету (Со, Fe, Те, Ni, Se, Zn, Cr, Cu, Ag) отличается от такового у серной пурпурной бактерии Е. shaposhnikovii (Fe, Си, Со, Те, Ni, Ag, Se, Cr, Zn), образующие слизистые капсулы на поверхности клеток.

5. Значения минимальных ингибирующих концентраций (МИК) у изученных штаммов пурпурных бактерий достигают 0.7 ± 0.2 мМ для Na2Se03 и 2.5 ± 0.5 мМ для К2Те03, что в десятки раз выше МИК для гетеротрофных грамотрицательных и грамположительных бактерий, но несколько ниже, чем у облигатно аэробных фотосинтезирующих бактери рода Erythromicrobium (Yurkov ct al., 1996).

120

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Наряду с тем, что соединения теллура и селена являются достаточно токсичными веществами, способными загрязнять природные экосистемы, интерес к ним возрастает, так как на современном уровне развития науки и техники становится все более актуальным производство чистых элементов и их соединений со специально заданными свойствами. Традиционным методам получения селена, теллура и их некоторых соединений является электрохимический метод (Баешов и др., 1989). Однако, как показали исследования, получение данных соединений, используя пурпурные бактерии, вероятно, будет иметь как техническое так и экономическое преимущество. На сегодняшний день основные исследования в области биохимии восстановления теллурит-оксианионов выполнены на фотосинтезирующих бактериях (Moore, Kaplan, 1992, 1994, Yurkov et al., 1996).

Основной задачей данного исследования было изучить возможность фотооксидазной реакции пурпурных бактерий принимать участие в восстановлении и, тем самым, в обезвреживании оксианионов теллурита и селенита. Известно, что фотооксидазная реакция - это фотоиндуцированный нециклический перенос электронов, протекающий при участии компонентов реакционного центра и обусловленый взаимодействием вторичного хинона с кислородом (Remennikov, Samuilov, 1979 а, в; Ременников, Самуилов, 1981). Для достижения поставленной задачи в экспериментах использовали различные доноры и акцепторы электронов, которые позволяют избирательно включать и выключать отдельные звенья фотосинтетической цепи. В качестве доноров электронов использовали натриевые соли органических кислот - малат и сукцинат. При повышенных концентрациях данных соединений в большинстве случаев происходит ингибирование роста пурпурных бактерий в результате перевосстановления компонентов циклической редокс-цепи и подавлению ее электрогенной функции. Это утверждение подтверждается тем, что при добавлении в среду инкубации у акцепторов электронов, таких как оксианноны теллурита (Те03 ), селенита (Se032'), бихромата (Сг2072"), нитрата (N03"), сульфата (S042"), происходит стимуляция роста бактериальной популяции, т.е. происходит решение донорно-акцепторной проблемы.

Поэтому можно полагать, что соотношение доноров и акцепторов в среде является определяющим фактором роста пурпурных бактерий, а регулирующее действие фотооксидазной реакции на работу циклической редокс-цепи осуществляется внутри клетки на уровне хроматофоров, обладающих фотооксидазной активностью.

Такое заключение можно вывести анализируя литературу по изучению устойчивости оксианионов различных металлов и по изучению механизмов их восстановления. В частности такие исследователи, как Мур и Каплан, изучающие влияние оксианионов редкоземельных металлов, в том числе и теллурита, на пурпурных бактериях делают вывод, что данные бактерии обладают высоким уровнем устойчивости к теллуриту. Теллурит восстанавливается внутри клетки до элементарного теллура, но за восстановление отвечает пока еще не идентифицированный фермент -локализованный в мембране РАВН2-зависимая МОРаза, ген которого закодирован в плазмиде (Moore, Kaplan, 1994). В тоже время они утверждают, что необходимое условие для восстановления теллурита калия до элементарного теллура - это интактный фотосинтетический реакционный центр и функционирующая электронтранспортная система, т.к. мутанты R.sphaeroides, не способные к фотосинтезу, не могли производить восстановление TeIV до Те0 при любых условиях роста. Другая группа исследователей, Турнер с соавторами, пришли к подобным результатам, работая на мутантах E.coli, дефицитные по процессам транспорта электронов и/или редокс-сопряжению, а так же по цистеиновому, убихиноновому или никотинамидному метаболическим путям. Однако они предполагают, что специфический механизм клеточного окисления и токсичности не известен, и в данных условиях протекать не может. При этом они ссылаются на тот факт, что стандартный потенциал восстановления теллурита до теллура л ^ отрицателен и составляет Е = - 1.186 В для реакции: Те03" + ЗН2О + Ас = Те0 + 60Н~ (Turner et al., 1995).

Однако по другим литературным источникам, реакция восстановления теллурита до элементарного теллура протекает следующим образом (Баешов

1 +0 и др., 1989): ТеОз" + 4е" + 6Н = Те + ЗН20, а и стандартный потенциал реакции равен +0.827 В.

Таким образом, если принять во внимание последнее уравнение и значение стандартного восстановительного потенциала, то нет необходимости в поисках и идентификации белка, который участвует в восстановлении теллурита у пурпурных бактерий. Транспорт электронов в клетке через электрон-транспортную систему может обеспечить электронами восстановление теллурита до теллура. Очевидно, что восстановление теллурита у фототрофных бактерий происходит по механизму фотооксидазной реакции, он является одним из основных у пурпурных бактерий, но, вероятно, не единственным.

Подтверждение роли фотооксидазной активности в восстановлении оксианионов теллурита и селенита было доказано при проведении экспериментов на модельных хлорофилл- и хинон-содержащих системах.

Также было показано, что фотоиндуцированное поглощение кислорода хлорофиллом а, а так же и клетками Е. halophila, прекращается при добавлении в среду инкубации теллурита калия. Данный эффект, вероятно, связан с тем, что теллурит калия принимает электроны с хлорофилла на себя, тем самым конкурирует с кислородом, как это было ранее показано с азидом натиря (Барский и др., 1986).

Следовательно, способность пурпурных бактерий восстанавливать, и обезвреживать оксианионы теллура, селена, хрома и другие, переводя их в менее токсичные формы в результате фотооксидазной реакции в условиях избытка органического вещества представляет значительный интерес не только с научной точки зрения, но и в плане применения данных бактерий в очистных сооружениях. Г

Библиография Диссертация по биологии, кандидата биологических наук, Гирева, Марина Владимировна, Пермь

1. Анисимова Л.А., Сиунова Т.В., Воронин A.M. Устойчивость к металлам грамотрицательных бактерий, изолированных из почв и сточных вод промышленных районов// Микробиология.- 1993.- Т. 62. №5. С.843-848.

2. Арискина Е.В., Вацурина А.В., Сузина Н.Е., Гавриш Е.Ю. Кобальт- и хромсодержащие включения в клетках бактерий// Микробиология. 2004.- Т. 73. №2. С.199-203.

3. Асонов Н.Р. Микробиология. -М.: Колос, 2001.-352 с.

4. Ахметов Н.С. Общая и неорганическая химия. Учебное пособие. -М.: ь Наука, 1998.- 743 с.

5. Баешов Л., Журинов М.Ж., Жданов С.И. Электрохимия селена, теллура и полония. Алма-Ата:Наука, 1989. -172 с.

6. Барский Е.Л., Камилова Ф.Д., Ременников В.Г., Самуилов В.Д. Ингибирующее действие азида на фотовосстановление кислорода хлорофиллом а в мицеллах тритона Х-100// Биофизика. 1986.- Т.31. Вып. 5. С. 789-792.

7. Белевич И.О., Гирёва М.В. Ременников В.Г. Влияние осмотического и Cs окислительного стрессов на рост несерной пурпурной бактерии

8. Rhodospirillum rubrum в анаэробных условиях на свету // Материалы IX Межвузовской конференции студентов, аспирантов, молодых ученых «Экология: проблемы и пути решения». Пермь, 2001 а. - Ч. II. С.47-51.

9. Белевич И.О., Ременников В.Г., Самуилов В.Д. Фотоиндуцированное поглощение кислорода клетками зеленой серной бактерии Chlorobium limicola: действие азида // Вестник ПГУ. Сер. Биология. Вып. 4. Пермь, 2001 в. -. С. 101-106.

10. Белевич И.О., Гирёва М.В., Ременников В.Г., Суворов В.И., Чудинова JT.A. Влияние 02 и Н202 на рост пурпурных бактерий на среде с малатом // Вестник ПГУ. сер. Биология. №4. Пермь. 2001 г .- С. 107-120.

11. Белевич И.О., Гирёва М.В., Иванова М.Н., Рахманько М.Г., Ременников

12. B.Г. Стимулирующий эффект теллурита на фототрофный рост пурпурных бактерий // Материалы X Всероссийской науч.-практ. конф. «Экология: проблемы и пути решения». Ч. 2- Пермь, 2002 а. -С.32-34.

13. Белевич И.О., Гирёва М.В., Ременников В.Г. Восстановление теллурита клетками пурпурных бактерий и модельными системами // Материалы межрегион, конф молодых ученых «Современные проблемы экологии, микробиологии и иммунологии» Пермь, 2002 б. - С. 35-36.

14. Белевич И.О. Изучение механизмов адаптации пурпурных бактерий в ответ на действие природных оксидантов: Автореф. дис. канд. биол. наук. -Пермь, 2002 в. 24 с.

15. Берг И.А., Красилышкова Е.Н., Ивановский Р.Н. Исследования темпового метаболизма ацетата у клеток Rhodospirillum rubrum, выросших в фотогетеротрофных условиях// Микробиология. 2000.- Т. 69. № 1. С.13-18 .

16. Берутова Ю.В., Богачев А.В. Антиоксидантные ферменты сульфатредуцирующей бактерии Desulfovibrio desulfuricans: супероксиддисмутазы и пероксидазы // Биохимия. -2002. Т.67. Вып. 7. С. 990-994.

17. Берутова 10.В., Богачев А.В. Функционирование терминальной оксидазы cbb3-типа у Azotobacter vinelandii //Биохимия. 2002. - Т.67. Вып. 6.1. C. 750-756.

18. Брюханова A.JI, Тауэр Р.К., Нетрусов А.Г. Каталаза и супероксиддисмутаза в клетках строго анаэробных организмов //Биохимия. -2002. Т.67. Вып. 7. С.983-985.1. Ш1

19. Брюханова A.JL, Нетрусов А.И. Каталаза и супероксиддисмутаза: распространение, свойства и физиологическая роль в клетках строгих анаэробов // Биохимия. 2004. - Т. 69. №9. С.1170-1186.

20. Воробьев А.А., Быков А.С., Пашков Е.П., Рыбакова A.M. Микробиология: Учебник.-. М.: Медицина, 1994. 288 с.

21. Вредные химические вещества. Неорганические соединения элементов V-VIII групп. Справочник /под общ. ред. В.А. Филова. JI.: Химия, 1989. -592 с.

22. У" Галямина В.В. Распространение несерных пурпурных бактерий вперифитоне рек Камы и Сылвы.: Сборник трудов молодых ученых ИЭГМ УрО РАН «Современные проблемы экологии, микробиологии и иммунологии». Пермь, 2004. - С. 29-37.

23. Гирёва М.В., Белевич И.О., Ременников В.Г. Регуляторная роль фотооксидазной реакции в работе циклической редокс-цепи интактных хроматофоров пурпурной бактерии Rhodospirillum rubrum // Вестник ПГУ. Сер. Биология. Вып. 2. Пермь, 2004 а. - С. 107-109.

24. Голубев В.И., Голубев Н.В. Селеноустойчивость дрожжей// Микробиология.-2002.- Т. 71. №4. С.455-459.

25. Голубкина Н.А., Жумасв А.А., Демьянова-Рой Г.Б. Специфика распределения селена в томатах Lycopersicum esculentum Mill// Физиология ^ растений. 2003. - N. 5. С.565-569.

26. Гончарова Н.В., Кириченко О.Г., Филатова JI.B. Особенности превращения фосфатов на хроматофорах// Прикладная биохим. и микроб. -2004.-Т. 40. N. 1.С. 66-69.

27. Горленко В. М., Дубинина Г. А., Кузнецов С.И. Экология водных микроорганизмов. М.: Наука, 1977. - 288 с.

28. Горленко В.М. История изучения биоразнообразия фотосинтезирующих бактерий// Микробиология. 2004. - Т. 73. №5. С. 633643.

29. Гороновский И.Т., Назаренко Ю.П., Некряч Е.Ф. Краткий справочник по химии. Киев: Наукова думка, 1974. - 991 с.

30. Громов Б.В., Павленко Г.П. Экология бактерий. JI. изд-во ЛГУ, 1989. - 246 с.

31. Грушко Я.М. Вредные неорганические соединения в промышленныхсточных водах. -JL: Химия, 1979. 160 с.

32. Гусев М.В., Минеева JI.A. Микробиология. М.: Изд-во МГУ, 1992.448 с.

33. Дмитриенко Г.Н., Гвоздяк П.И. Альтернативные акцепторы электронов при окислении органических веществ микроорганизмами в очистке воды//Химия и технология воды. 1991. - Т. 13. № 9. С.857-861.

34. Дмитриенко Г.Н., Коновалова В.В., Шум О.А. Восстановление Cr(VI) У бактериями рода PseudomonasH Микробиология. 2003. - Т. 72. №3. С.370373.

35. Евстигнеев В.В. О некоторых вопросах эволюции фотосинтетического пигментного аппарата// Происхождение жизни и эволюционная биохимия. -М.: Наука, 1975. С.80-89.

36. Ежова JI.E., Мартыненко И.О., Ременников В.Г. Влияние малата на рост пурпурной бактерии Rhodospirillum rubrum// Вестник ПГУ. Сер. Биология. Пермь, 2000. - С. 143-147.

37. Ерицян Г. Р., Ременников В. Г. Влияние пролина и глутамата на рост галофильной пурпурной бактерии Ectothiorhodospira halophila// Микробиология. -1991.- Т. 60. Вып. 4. С.757-758.

38. Ершов Ю. А., Плетнева Т.В. Механизмы токсического действия неорганических соединений. -М.: Медицина, 1989. 272 с.

39. Иванов Б.Н. Восстановление кислорода в хлоропластах и аскорбатный цикл. Обзор// Биохимия. 1998. - Т. 63. №2. С.165-170.

40. Ивановский Р.Н., Красилышкова Е.Н., Берг И.А., Механизм ассимиляции ацетата у пурпурной несерной бактерии Rhodospirillum rubrum, не имеющей изоцитратлиазы// Микробиология. 1997. - Т. 66. № 6. С.744-749.

41. Илялетдинов А.Н. Микробиологические превращения металлов. -Алма-Ата: Наука, 1984. 268 с.

42. Илялетдинов А.II., Алиева Г.М. Микробиология и биотехнология очистки промышленных сточных вод. Алма-Ата: Гылым, 1990. - 224 с.

43. Исакова Е.П., Горпенко Л.В., Зинченко Г.А., Белов А.П. Потребление и накопление селена дрожжами рода Candida // Микробиология. 1999.- Т. 65. №2. С. 196-201.

44. Кабата-Пендиас А., Пендиас X. Микроэлементы в почвах и растениях. -М.:Наука, 1989.-233 с.

45. Карначук О.В. Влияние шестивалентного хрома на образование сероводорода сульфатредуцирующими бактериями// Микробиология. 1995. -Т. 63. №3. С.315-319.

46. Кашнер Д. Жизнь микробов в экстремальных условиях. М.: Из-во Мир, 1981.-520 с.

47. Квасников Е.И., Клюшникова Т.М., Касаткина Т.П. Биология бактерий, используемых при очистке сточных вод от тяжелых металлов// Микробиологический журнал. 1993. - Т.55. №6. С.66-73.

48. Кондратьева Е. Н. Автотрофные прокариоты. М.: Из-во МГУ, 1996.312 с.

49. Кондратьева Е.Н., Горленко В.М. Пурпурные и зеленые бактерии// Успехи микробиологии. 1978. - Т. 13. С.8-29.

50. Кондратьева Е.Н., Максимова И.В., Самуилов В.Д. Фототрофные микроорганизмы. Учебное пособие. М.: изд-во МГУ, 1989. - 376 с.

51. Конь И .Я. Селен. М.: Центр междунар. проектов ГКНТ, 1984 а. - 24 с. Конь ИЛ. Хром и его соединения. М.: Центр междунар. проектов ГКНТ, 1984 б.-40 с.

52. Красилышкова Е. Н., Кондратьева Е. Н. Рост разных видов пурпурных бактерий рода Ectothiorhodospira в темноте // Микробиология. -1984. Т. 53. С. 526-528.

53. Красновский А.А., Войновская К.И. Обратимое фотохимическое восстановление и окисление бактериохлорофилла и бактериофеофитина: Докл. АН СССР. 1951. Т. 81, №5. С.879-882.

54. Краткий определитель бактерий Берги /под ред. Дж. Хоулта. М.: Мир, 1980.-444 с.

55. Кретович В.Л. Биохимия растений. М.: Высш. шк., 1986. - 503 с.

56. Кулакова С.М., Гоготов И.Н. Влияние кислорода и субстратов для роста на активность супероксиддисмутазы и каталазы у микроорганизмов// Микробиология. 1982.- Т.51.С.21-26.

57. Летунова С.В., Ковальский В.В. Геохимическая экология микроорганизмов. М.: Наука, 1978. - С. 42-60.

58. Лурье IO.IO. Аналитическая химия промышленных сточных вод. -М.: Химия, 1984.-447с.

59. Малахова Е.Н., Ремешшков В.Г. Фотоиндуцированое поглощение кислорода липосомами, содержащими каротиноиды пурпурной бактерии Е. halophila //Биохимия. 1993. - Т.58. Вып. 7. С.1024-1026.

60. Маркосян К. А., Курганов Б. И. Сг/-Шаппероны внутриклеточные переносчики ионов меди // Биохимия. - 2003. - Т.69. Вып.4. С.584-588.

61. Мартыненко И.О., Ремешшков В.Г. Влияние доноров и акцепторов электронов на рост пурпурных бактерий // Пущинская конференция молодых ученых «Биология наука 21го века». - Пущино, 2001а. - С. 151.

62. Мартыненко И.О., Ремешшков В.Г. Влияние кислорода и перекиси водорода на рост пурпурных бактерий на среде с малатом: Материалы Международной конференции «Биоразнообразие и биоресурсы Урала и сопредельных территорий». Оренбург, 20016. - С. 15-16.

63. Методы общей микробиологии. T.l. -М.: Мир, 1983. С. 297-298.

64. Музыка Н.Г. Исследование роли глутатиона в ответе Escherichia coli на действие различных оксидантов: Автореф. дис. канд. биол. наук. Пермь, 2000.-27 с.

65. Мурзаева С.В. Действие тяжелых металлов на проростки пшеницы; активирование антиоксидантных ферментов// Прикладная биохимия и ^ микробиология. 2004. - Т. 40. №1. С. 114-119.

66. Надточенко В.А., Рубцов И.В., Никадров В.В., Семенова А.Н., Красновский А.А. Реакции феофитина в триплетном состоянии в мицеллах детергента и липидиых везикулах// Биофизика. 1990. - Т.35. С.273-279.

67. Нокс П.П., Хейнникел М., Рубин А.Б. О влиянии кислорода на временную стабилизацию фотовосстановленных хинонных акцепторов в реакционных центрах бактерии Rhodobacter sphacroides II Биохимия. -2004 6.- Т. 69. N 3. С.351-355.

68. Олескин А.В., Самуилов В.Д. Хиноны и их взаимодействие с ферментными комплексами энергопреобразующих биомембран // Биохимия.- 1988. Т. 53. №10. С. 1619-1627.

69. Г4 Определитель бактерий Берджи. Пер. с англ./ Под ред. Дж. Хоулта, Н.

70. Снита, Дж. Стейли, С. Уилльямса. М.: Мир, 1997. - 432 с.

71. Остроумов С.А. Биологический механизм самоочищения в природных водоемах и водотоках: теория и приложения// Успехи современной биологии.- 2004 Т. 124. N°5. С.429-442.

72. Перминова Г.А., Корнилова О.В., Состояние атмосферного воздуха// Состояние и охрана окружающей среды Перми в 2001г. Пермь. 2002.

73. Плетникова И.П. Фармакология и токсикология препаратов селена. -Г М: Наука, 1982.

74. Полесская О.Г., Каширина Е.И., Алехина Н.Д. Изменение активности антиоксидантных ферментов в листьях и корнях пшеницы в зависимости отформы и дозы азота в среде// Физиология растений. 2004. - Т. 51. №5. С.686-691.

75. Ременников В.Г., Самуилов В.Д. Фотоиндуцированное поглощение кислорода хроматофорами и субхроматофорными пигмент-белковыми комплексами Rhodospirillum rubrum II Биохимия. 1977. - Т. 42. Вып. 11. С. 1997-2004.

76. Ременников В. Г., Самуилов В. Д. Нециклический перенос электронов и генерация мембранного потенциала в хроматофорах Rhodospirillum rubrum// Биологические науки. 1979а. - Вып. 5. С. 45-52.

77. Ременников В.Г., Самуилов В. Д. Генерация мембранного потенциала при функционировании полной и сокращенной систем циклического переноса электронов в хроматофорах Rhodospirillum rubrum// Биологические науки. -19796. Вып. 10. С. 24-29.

78. Ременников В. Г., Самуилов В. Д. Взаимодействие компонентов фотосинтетической цепи переноса электронов Rhodospirillum rubrum с кислородом: Докл.АН ССР. 1980 а. Т. 252. С. 491-494.

79. Ременников В. Г., Слищенко Л. С. Ингибиторный анализ фотооксидазной реакции серной пурпурной бактерии Ectothiorhodospira halophila //Вести. Перм. ун-та. 1995. Вып. 1. Биология. С. 75-81.

80. Ременников В.Г., Старкова Е.А., Ткаченко А.Г., Чудинов А.А., ;'f Чурилова Н.С. Влияние условий культивирования на рост, содержаниеполиаминов и ультраструктуру Ectothiorhodospira halophila// Микробиология. 1995. - Т. 64. Вып. 5. С. 587-591.

81. Ременников В. Г. Фотооксидазная активность, ее роль в бактериальном фотосинтезе: Автореф. дис. докт. биол.наук. Пермь. 1996. 40 с.

82. Ременников В. Г. Роль кислорода и фотооксидазной реакции в эволюции фотосинтетического аппарата // Вестник ПГУ. Биология. Пермь, 1997.-Вып. 2. С. 106-110.

83. Ременников В. Г., Самуилов В. Д., Мартыненко И. О. Фотооксидазная активность пурпурных бактерий: обзор// Вестник ПГУ. Биология. Пермь, 2000.-Вып. 2. С. 131-142.

84. Решетникова И.А., Ерошин В.К. Влияние селена на рост микроорганизмов // Микробиологическая промышленность. 1974. - N. 7. С.45-49.

85. Рихванов Е.Г., Варакина Н.Н., Русалева Т.М., Раченко Е.И. Войников В.К. Действие малоната натрия на термотолерантность дрожжей// Микробиология. 2003. - Т. 72. №5. С.616-620.

86. Руководство к практическим занятиям по микробиологии: Практическое пособие/ Под ред. Егорова Н.С. -2-е изд. М.: Изд-во МГУ, 1983.-215 с.

87. Руттен М. Происхождение жизни. М.: Мир, 1973.- 411 с.

88. Салли А. Хром. М.: Наука, 1986.- 291 с.

89. Самуилов В. Д. Фотосинтетический аппарат бактерий как преобразователь световой энергии в электрическую // Итоги науки и техники. Сер. Биофизика. 14. 1983. - С.4-108

90. Самуилов В.Д., Безряднов Д.В., Гусев М.В., Киташов А.В., Федоренко Т.А. Н2О2 ингибирует рост цианобактерий // Биохимия. — 1999. -Т. 64. К» 1.С. 60-67.

91. Самуилов В.Д., Барский Е.Л., Киташов А.В Реакция хилла в хлоропластах гороха: вклад фотосистем II и I в восстановление феррицианида// Биохимия. 1997. - Т. 62. №8. С. 1060-1065.

92. Саприн А.Н., Калинина Е.В. Окислительный стресс и его роль в механизмах апоптоза и развития патологических процессов // Успехи биологической химии. 1999. - Т. 39. С.289-326.

93. Скулачев В. П. Снижение внутриклеточной концентрации кислорода как общая функция дыхательной системы клетки //Биохимия. 1994. - Т. 59. Вып. 12. С.1910-1912.

94. Скулачев В. П. Трансформация энергии в биомембранах. М.: Наука, 1972.-204 с.

95. Скулачев В. П. Энергетика биологических мембран. М.: Наука, 1989564 с.

96. Скулачев В.П. Гипотеза об эволюции мембранных преобразователей энергии //Происхождение жизни и эволюционная биохимия. М.: Наука, 1975.-С. 298-305.

97. Скулачев В.П. Кислород в живой клетке: добро и зло // Соросовский образовательный журнал. -1996. №3. С.4-10.

98. Соломенный А.П. Трансформация оксианионов . теллура фосфатаккумулирующей бактерией Acinetobacter calcoaceticus: Автореф. дис. канд. биол. наук. Пермь, 1998. - 24 с.

99. Трутко С.М., Сузина Н.Е., Дуда В.И., Акименко В.К., Бородин A.M. Участие дыхательной цепи бактерий в восстановлении теллурита калия: Доклады Академии наук. 1998. - Т.358. Ж 6. С.836-838.

100. Чумакова Р.И., Гительзон И.И. Светящиеся бактерии. М.: Наука,1975.

101. Шапошникова М.Г., Дроздова Н.Н., Красновский А.А. Изучение фотоокисления хлорофилла в водном растворе детергента тритона Х-100 // Биохимия. 1971. - Т. 36. С.704-711.

102. Шапошникова М.Г., Красновский А.А. Сравнительное изучение фотоокисления аналогов хлорофилла в водных растворах детергентов // Биохимия. 1973. - Т. 38. №1. С.193-201.

103. Шлегель Г. Общая микробиология. М.: Мир, 1987. - 567 с.

104. Штамм Е. В., Пурмаль А. П., Скурлатов 10. И. Роль пероксида водорода в природной водной среде // Успехи химии. 1991. - Т. 60. Вып. 11. С. 2373-2411.

105. Шувалов В. А., Кондратьева Е. Н., Литвин Ф. Ф. Фотоиндуцированное поглощение кислорода зелеными фотосинтезирующими бактериями: Докл. АН СССР. 1968. - Т. 178. С.711-714.

106. Шугаев А.Г. Влияние ротенона и экзогенного НАД на окисление малата митохондриями, выделенными из корнеплодов сахарной свеклы на различных этапах онтогенеза растений //\v\v\v.uic.bashedu.ru/strncol/vestnic/ magazl2/S l39.html (16 КБ) 11.09.2001.

107. Экология микроорганизмов: Учеб. для студ. вузов/ под ред. А.И. Нетрусова. М.: Издательский центр «Академия», 2004.-272 с.

108. Adriano D.C. Trace elements in the terrestrial environment // N.Y. etc., 1986. 533 p.

109. Ambler.R.P., Daniel M., Meyer Т.Е., Ramen M.D. Amino acid sequences of cytochromes c2 and c' from the moderately halophilic purple phototrophic bacterium Rhoclospirillwn salexigensll Biochem.1994. V.76. P.583-591.

110. Benov L, Fridovich I. Superoxide dismutase protects against aerobic heat shock in Escherichia coli I/ J. Bacteriol. 1995. - V. 177. P.3344-3346.

111. Bosc S.K., Gcst H., Ormerod J.G. Light-activated hydrogenase activity in a photosynthetic bacterium: a permeability phenomenon // J. Biol. Chem. 1961. -V. 236.№3.P.13-14.

112. Brown T.A., Smith D.G. The reduction of tellurate and tellurite by Cryptococcus albidus II Microbios Lett. 1978. - V.7. N 27-28. P. 121-125.

113. Clayton R.K. Absorption spectra of photosynthetic bactcria and their chlorophylls // Bacterial photosynthesis. Yellow Springs. Ohio.:Antioch Press, 1963. - P.495-500.

114. Doran J.W., Alexander M. Microbial transformations of selenium// Appl. Environ. Microbiol. 1987. - V.33. P.31-37.

115. Dowdle P.R., Oremland R. S. Microbial oxidation of elemental selenium in N soil slurries and bacterial cultures // Environ. Sci. Technol.- 1998. N.32. P. 37493755.

116. Gerrard T.L., Telford J.N., Williams H.H. Detection of selenium deposits in Escherichia coli by electron microscopy // J. Bacteriol. 1974. - V.119. P.1057-1060.

117. Goward C.R., Nicholls D.J. Malate dehydrogenase: A model for structure, evolution, and catalysis // Protein Scince. 1994. - P. 1883-1888.

118. Moore M.D., Kaplan S. Members of the family Rhodospirillaceae reduce heavy-metal oxyanions to maintain redox poise during photosynthetic growth// ASM News. 1994. -V.60.N l.P. 17-23.

119. Remennikov V. G., Samuilov V. D. Photooxidase activity of isolated chromatophores and intact cells of phototrophic bacteria // Arch. Microbiol. -1979a.-Vol. 123. P. 65-71.

120. Remennikov V.G., Samuilov V.D. Two regimes of electrogenic cyclic redox chain operation in chromatophores of non-sulfur purple bacteria: A study using antimycine A // Biochem. Biophys. Acta. 1979c. - V. 548. P. 216-223

121. Rich M., Brody S.S. Role of various carothenoids in mediating electron transfer sensitized by chlorophyll and pheophytin // FEBS Lett. 1982. - V. 143. P. 45-48.

122. Richardson D.Y., Fergusen S.Y. Competition between hydrogen peroxide and nitrate for Thiosphaera pantotropha and Rhodobacter capsulatus II FEMS Microbiol. Lett.- 1995. V.132. P. 125-129.

123. Seely G.R. Jensen R.G. Effect of solvent of the spectrum of chlorophyll // Spectrochim. Acta. 1965. - V.211. P. 1835-1845.

124. Shuvalov V.A. Klimov V.V. The primary photoreaction in the complex cytochrome-P890 P760 (bacteriopheophetin 760) of Cliromatium minutssimum at low redox potentials // Biochim. Biophys. Acta. 1976. - Vol. 440. P. 587-599.

125. Smith D.G. Tellurite reduction in Schizosaccharomyces pombe 11 J. Gen. Microbiol. 1974. - V.83. N 2. P.389-392.

126. Stadtman T.C. Selenium biochemistry // Annu.Rev. Biochem. 1990. - V. 59. P. 111-127.v Steibcrg N.A., Orcmland R.S. Dissimilatory sclenatc reduction potential in adiversity of sediment types // Appl. Environ. Microbiol. 1990. - V. 56. P.3550-3557.

127. Stolz J.F., Oremland R.S. Bactcrial respiration of arsenic and selenium // FEMS Microbiol. Rev. 1999. - V.23. P.615-627.

128. Tayeh M.A., Madigan M.T. Malate dehydrogenase in phototrophic purple bacteria: purification, molecular weight, and quaternary structure // J. Bacteriol. -1987. P.4196-4202.

129. Taylor D.E., Turner R.J., Weiner J.H. Plasmid-mediated resistance to ^ potassium tellurite in gram-negative bacteria // Proceedings of the fifth international symposium "Uses of Selenium and Tellurium". Brussels, 1994. -P.329-330.

130. Taylor D.E., Walter E.G., Sherburne R., Bazett-Joncs D.P. Structure and location of tellurium deposited in Escherichia coli cells harboring tellurite resistance plasmids // J. Ultrastruct. Mol. Struct. Res. 1988. - V.99. P. 18-26.

131. Tivc Т., Williams A. Metabolism of selenium by E.coli II J. Biol. Chem. -1978. -N. 2. P. 236-239. .■<*> Turner R.J., Weiner J.H., Taylor D.E. Tellurite-mediated thiol oxidation in

132. Escherichia coli И Microbiology. 1999. - V.145. P.2549-2557.

133. Turner R.J., Weiner J.H., Taylor D.E. The tellurite-resistance determinants tehAtehB and klaAklaBtelB have different biochemical requirements// Microbiology. 1995. - V.141. P.3133-3140.

134. Zebrower M., Loach P.A. Efficiency of light-driver metabolite transport the photosynthetic bactcrium Rhodospirillum rubrum II J. Bactcriol. 1982. V.150. № 3. P.l322-1328.

Информация о работе

Гирева, Марина Владимировна
кандидата биологических наук
Пермь, 2005
ВАК 03.00.16

Диссертация

Роль фотооксидазной активности в восстановлении оксианионов теллурита и селенита у пурпурных бактерий - тема диссертации по биологии, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы