Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

УСЛОВИЯ АЗОТФИКСАЦИИ У ЦИАНОБАКТЕРИЙ PLECTONEMA BORYANUM И GLOEOTHECE SP.

ВАК РФ 03.00.07, Микробиология

Автореферат диссертации по теме "УСЛОВИЯ АЗОТФИКСАЦИИ У ЦИАНОБАКТЕРИЙ PLECTONEMA BORYANUM И GLOEOTHECE SP."

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА, ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ И ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени М. В. ЛОМОНОСОВА

л БИОЛОГИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

На правах рукописи УДК 576.8.095.31

НГУЕН Тхань Хоа

УСЛОВИЯ АЗОТФИКСАЦИИ У ЦИАНОБАКТЕРИЙ

РЬЕСТО^МА ВОЦУА1М1Ш И йЬОЕОТНЕСЕ вР. (Специальность 03.00ч07 — микробиология)

АВТОР Е Ф ЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Москва, 1985

Рабом выношена на кафедре микробиологии биологического факультета Ко сю веко го государственного университета ям. К.В. Ломоносова.

Научный руководитель- : кандидат биологических ваук, ст&рний научный сотрудник Р.Н. Нвановскнй . — Официальине оппоненты ; доктор биологических наук,

доцент М.Х. У и аров.

кандидат биологических яаух, идадвий научный сотрудНИ! В.П. Федеяко.

Ведувее учреждение : Институт почвоведения и фотосинтеза АН СССР.

Зенита.состоится "31" нал 1985 года г часов на эаседа-пе анализированного био ло гичес ко го совета > 2 ( К.053,05» о присуждении ученой степени кандидата биологических наук конской государственно к университете по адресу : г. :жва 119899, Ленинские горы, биологический факультет МГТ. . С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке блологического факультета ЯГТ.

Автореферат разослан " Т.мая 1985 г.

чаный секретарь специализированного 1вета, кандидат биологических наук

( 1.И. Лебедева )

ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

1. Актуальность сробдеив. Фиксация молекулярного asота являемая уникальной способностью, свойственное только некоторым прокариотам, Детальное изучение этого пршесоа открывав! широкие возможности для получения связанных форы азота, от обеспечения которыми зависят плодородие почв а в конечном счете полноценное питана в человека.

ЬЬкрооргаЕШЗми, способные к аэотфиксадаи, пряяадле*аг к. различным таксономическим группам. Среде них имеются анаэробные, факультативно аэробные и аэробные виды.

В последнее время большое внимание уделяли язучени» аэот фиксация у фототрофкых бактерий. у которых ассимиляция молекулярасго азота мохет происходить за счет использования энергии света. К их чиову относятся пурпурные я зеленые бактерия, а также рад диано-баятеряй, Наиболее интересными ? практическом отношении являютоя шаяобактервя, которые надобно водорослям a внешни растениям используют воду в качестве донора электронов при фотосинтезе.

Азотфиксация белее детально и ссдедована у цианобактерий, имеющих гетероциоты, в которых осуществляется в основном данный про-веоо. Но наряду о гакиш микроорганизмами ааотфивсирущяе формы обаарухеяы я среди аяанобактеряй, не образующих гетерешет, которые также широко распространена в природе. Поэтому предот валялось важным выяснить, в каких условиях цианобектерая, не имеющие гете-роцает, способны фиксировать молекулярные азот.

2. Сель работы. Целью настоящей работе являлось сравнительное изучение у слова 3, аре которых возможна аз «фиксация j двух циано-бактержй, а именно безгетероонстной нитчатой цяанобаятеряа Р£сс-

Uatnva {otuo.n-uirv , способной к росту в фотоавтотрофкых а гете-

«it * __ „________

1 : и El i I i-'AJbHAH ;

нау-И-'Л ;от£цл ;

IMSW.C ■■ .С^^.-КПДО.^,

ротрсфнах условиях на свету я в темноте, а такие одноклеточной форш (/(oeirttvt.ee $f>_ , относящейся г облягажш фстсязтотрсфац

Конкрвтша вадячя состояла в огадутхцем:

3. Выяснять в х&кях условия; указанные циаяоЗактврна ожятева-рутг нитрогеназу;

2. Определять, от как юс факторов орэда аавиеит в основном аа-тяаяоегь этого фермента.

3. Научная новизна раЗоты. Внервна детально неучен процесс аэотфяксации у р. 4<луллшп- как при синтезе аатрогенавы, гак я при ее Функционирования в вависимости от условий освещения. При сравнит ельном изучении действия развой интенсивности света на синтез функдаонврование ндтрогенэзы у Я (огулпшъ и CriouUAtct выяо-кялоя количественный характер чувогшгельностя «того фермента к токсячяо^г действию кислорода, вшюленного клетками при фотосинтезе. В отличие от Р ^оп^лпшп, , у которой донорами электронов для кятрогенаэн служат экзогенные органические соединения, у

(tCouHfuee ip. и т могут бнть эндогенные органические суй страты, синтеэд ревенные клагкаш при фотосинтезе, а такие вода, фотешяа которой происходит о учаотаем фотосистемы П. У обеих исследуемых штатов гшанобадгерай отсутствует рзгуллцня активности нитрогенаеы аммонием и другими ооадинаяаями ээота.

'1. Имагдчеоу.оэ знача дна р^адв. Ивучониа у сдавай азотфикоешя у ьшерооргаяяэюв, в той чзсяэ адеяобактзраЯ, имеет большое эначв-яав для пошшаагд их роди кпд азотфлксагорав в природных условиях и ах приминания ддй оОогазюпил полз. Это является особенно ладам а условиях CPS, где нд й-тшей части орсааеьых нолей снимает-ся 2-3 урожая риса в год* В настоящее время, когда проышлендов проааяод-ство минеральных ссквЯ недостаточно разаито, применение аздафякса-торов, в том числе я цяанобажтерйЯ» которые широко распространена

■ условиях Вьетнама, оеооиведоо псмогавт решать одду яа кличе в ых проблем обогащения почв.

5. Лдробацяя работы. Основано материалы диссертационной раб о-ты долокены на 15 конференции молодых ученых <3яологяческо1,о факультета 107 (1984) » на эдоеяавяи кафедры микробиологи игу (1965).

6* Ощгбллкадия. По tens диссертация опубликовала одна статья; вторая статья в печати.

7. Объем cad ста. Дя осврт ационяал работа состоит аз ъввдаияя, обзора лятерагуры, ветодот анализа, язлокеняя результатов, яг об-оукдакня, выводов % согска литературы. Работа иллюстрирована ахе-маыв, рисунками я 4 таблицаш. Сцясск литературы оодерхят ИЗ работ отечественных я зарубежных авторов.

эшштаенгдльнАя часть

I. Объекты иоодедоваяяя. Объектам! яссдедоваяи В бита беагете-рошствая нитчатая цяанобактеряя Р^саоытл (огулпмт, 4в5, го>-лучеаная яэ колдекпая кухьтур шкрооргадявмов ЛГУ» к одвоклеточкая вяалобактеряя OrtouHhuc зр. 6501 - яз коллекция культур внстя-тута Пастера (Париж). '

Культуру Р-Ссгуапшп выращивали в мякроазробнис уолоашях ва шнеральяой оредя ВО. -II. содержащей 0,0®( HaHOj ( Sto.tUt\ U а/, 1971). Crlocoikut tf> культивировала ва той же вреда, во не содержаще! КаЫОз я в азробных уолоалях. Оавещевносп ооотааляяа 200600 дк, Tetfliepaiypa 28 ± 1°С.

Для опытов яонольваваля клеткя я> культур, ня&одящяхоя в ако-оонеидеально! фазе роста. Для получвнял суспензия клеток культуре центрифугироааля лея 5000} в течение 20 мидут я осадок дважды отмывали свежей средой* яе содержаще! соеетвенл! мота. Отмыт не клет-t-titt.

хя сусленгировалв с бовааотясто! срэде и пшэиаяи со 15 ил в стек-ляндае флаконы объемом €0 ии, которые продувала газовой оиасьв кг/002 в соогвапеняя 95,5 (об/об). Оптическая плотность суспен-«■I клеток Р. составляла 0,44-0,50, а ОЬшАлсе. 0,52-0,60.

Для нндукрш сайте за нятрогенаэы у Р. {о\уалил% су опекая* ыятсж втоЭ цкаяобакория йврубяршадг в теченяе 24 чаосш в «зкро-аеробшз условиях прз 200-1200 лк* Талая иннубаддя не является Ез-обходииэй для (яСошкш зр , клался которой могут синтезировать дятрогенаэу в аэробных условиях. Однако, в некоторых опыта* клетка этой циаяобажтеряя также продынкубярсзали прв развой освещенности (200-1200 лк) 24 часа.

Фруктозу, глюкозу, рибоэу, лактат ш глашраа добавляли а среду в концентрация 0,1%. Для исследования влияния соединений азота перед инкубацией, а также во время из;.йрваия активности яяг-рогенаэы в среду добавляли ЫаЫ03 (1СГ3, И), ЫН4С1 М), глу-

таодя (КГ^ И) или асдарагин (Ю-3. Ы). Шткопаяоулъфоясяыин {(¿СИ) также вносила в среду в концентрации 10"^ М.

Для выяснения роли фотосистема И в процессе азотфшссадин к суспензиям клеток добавляли дпхлсметялмочевиЕу (ДИМ) в концентрация 1СГ5 Ц как ара иккуйадзв, тья и во враш» язкзрення активности нитрагвнази. ' ;

Для удаления 02, содержащегося в среде о суспензией клеток Р. 4<ухуапилг , пзред инжубащмй л до и'змореяия агстявяоош автро-гвназа в среду добавляли овеадй раствор КГа^ЭП^О (0,005?), за аожяэчоназы тех случа«эв, когда по флажжм ^годила (0,5 яда I, Ой) для опрэждеиая ежороота 'дасшя «ч*Оа цийзеиаюезре* к" влияния кяс-лореда-иа синтез а йгякциоЕараваЕае' ЕйУ^огодаон. ••. 1Ътодй "аяацязд. Сшгячасют' гиоткозге. оуезеязи клеток ей-

рвдеади за спектрофотоштрэ jfUta.efu -200,20, оря длине вбхкв 750 ш. Содвржадие белка в оуспенаяях клэгок изиэрли по Лоура ( tt at, 1951}. Определение нятрогвваапо» активности про-

водили методом ацегиленредукция ( Stt»>/«A± ct »С , 1967), на гаэо-всм хроматографе XFCM-4 (ЧССР)« Лавовая фаза состояла яз 98,# аргона я 1,5£ ацетилена (об/об). Содераание в среде кислорода измерил полярографячвсши методой о использованием влектрода Кларка.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЗДЕНИЕ

I. Синтев китрогенаэы. Проведенные слиты показала, что Р arvum способна синтеэяровагь нитрогевазу только при наличии света. В темнот ев ьяхроаэробннх условиях, обеопечивапцих poor Р

, синтез яягрогеяавы во наблвдался. Видимо, «то обьяо-няетел тем, что энергия, подученная хлетхама в результате темною», дыхадяя, недостаточна для "поддержания роста P. $®o^aru«rv - в ди-аэотрофшл условиях. Причиной этого является, мохет быть, низкая скорость дшания данной цяавобактерии, которая по нааши дзлнем составляет 3-5 нм С^ мия*"*.иг~* белка* деке в присутствия в среда такого субстрата хах фруктоза, которая способна полдервагь рост R -Сов гетеротрофное условиях на свету ■ в темноте.

Оказалось также, что в ая ее ройных условиях в темноте на средах» содержащих разные органические соединения, Р. ^миш не раотет и не синтезирует аятрогеназу. Это означает, о данная цаа-нобахтерия не способна и получению внаргии в результате брожения органических суботратоа, несмотря на наличие у нее ферментов,уча-ствухпщх в процессе реалеження Сахаров.

Q0,totfu.it ар. также образует витрогеназу топко ори наличии света.

Таким обраеом, синтез нятрогенявы у Р. {съу&тшт я ОгШ^Л&г-св е[>, овлвгатно зависят от ввхвчяя света. Но для того, чтсхЬ он отал возможным, требуется вшоквеяне еде ряда условия. Прежде всего в' среде должны отсутствовать такие соединения аэота как амю-нкв ьли нитрат. Талке как у вояышклва других езотфакоаторсэ, в том числе циавобактеряй, синтез нв троге вазы у р. (гоХуапмт и С*(сс&-tki.ce. ¡¡>. в их присутствия репрессируется. В соответствии с намыв дан вши, репре сен рушим действием, ва синтез этого фермента у р. Солуапмпъ а (жСомМлсс зр. обладает сам амговий, поглощенный на среды или синтезированный в результате яитратредукция (табл.1). В пользу этого предполокеняя говорит тот факт, что Ъ-метлоний-1) I,-сульфок самая (МСИ), который подавляет ве только гду-ташнеянтетаэную активность, но и транспорт ошокия, сникает икгя-вярующве действие ЮТ^, во ве нитрата {тайл.Х), В присутствия (СИ глутаминсингетаэа ве активна. Поэтому действующим началом в присутствия в среда нитрата ыокет Сыть только синтезировавши клетками амионий, а ив продукты его доследующего метаболизма, как пред-

♦

полагалось раньше.

Синтез нитрогеяаэы у Р. -Сслдлпшп. происходит только яре вязкой освещенности (до 600 дк) а облягатво зависит от валячкя в среде экзогенных органических субстратов. 7 обра-

вавакяе нитрогенаэы возможно и оря белее выоокой освещенности (1200 ж).и происходит в фогоаэтотрофашс условиях.

По воем подученным данным, подавление синтеза нитрогенаен у Р 4огуапмт. светом высокой интенсивности связано о деЗствивм ноле кулярвог о кислорода, вида ленного кдеткаш в процессе фотосинтеза. При подавлении фотосистема П, ответственной за выделение С^, ДНИ синтез яатрогеяазы возмэжен к.при значительной «втевсивновти ■ света (от 600 до Х200.лк)» ,.■•■..■ -; ;

Таблица I

Действие аммония я нитрата на синтез яитрогеяаэы Р, {го'гм а.пм.пх и

Состав среды Активность ЕЯтрогевазы(в %)

Р.

Без добавок 100 100

ЫН4С1 (1СГ^ М) 0 0

ЫаГЮ3 (Ю"3 Ы) 0 0

КН4С1 '+ мси 36 76

ЫаЫ03 + МСИ 0 0

Примечание: ЮСЙ активкооть ей трогеназы составляет 14,0 я 13,2 нМ ьс белаа за час у Р. ¿огулпяип, я СгСоьоьА^ссс ър.

соответственно.

Способность Рбо^апит синтезировать антрогенаэу к условиях, неблагоприятных для активной фотоессимиляции СС^ (ери низкой освещенности, в присутствия ДХШ), предполагает возможность ясполь-ааведая якых, нежели С02, соединений углерода для образования «того фермента. Ими. как л сказали проведенные опыты, является фруктоза, глюкоаа, рибоза или лактат (табл.2).

Все вта соединения, кроме лактата.по имвицкмея данным де ,5(и-Со , 1975; и а.(, , 1979) способна поддерживать

рост Р. в фотогетеротрофных и хемогетеротрофяых усло-

виях.

По воаЯ видимости, органические субстраты обеспечивают не тонко синтез нитрогевазы, но и ее защиту от токсичного действия 0^* Известно, что цяанобактеряя окисляют сахара в основном через пен-тозсфосфатный путь я обеспечивают тем самым функционирование дыхательной системы, В результате этого внутриклеточная концентрация

Таблица 2

Синтез яит роге казн Р. и QCocotk-tco в

завяоихостм от наличия в среде органических субстратов

. Состав среды Активность ня трогенавы (в f)

р, б&ьуа-пиггъ 1 Giotatk4.il ьр.

Без добавок 0 '100 t

Фруктоза 25 169

Фруктоза + HagS 100 -

Глюкоза 25 157

Гшяоза + Ka^S 100 -

Лаятат 47 126

Лактат + KagS S6 -

Рибоза 115 103

Рибоаа -i- Na23 171 -

Глицерин 0 -

Пгацерия + Na^S 0 -

NaaS . 5 —

Примечание: 1002 ннтрогвяавноЕ активности составляет 22,0 я 13,0 нЫ CgH^ на иг бэлка за чае для Р. бмуашт. в йСоинА^сс

tf. , соответственно.

кксдородд, образующегося клетками пря фотосинтезе, а также его со-державае з среда мотат снижаться. Есла клетки R te\y.asuun, инкубированные в среде в фруктозой, могут образовать нитрогеназу при освещеяносгд не белее 200-300 лх, то в присутствии в среда ¿вдова, которая быстрее аосдкадвруется даяяой цвавобактерней и обеспечивает более выойку» скорость дыхания, синтез »того фермента возможен я яря освещенности 600 лх.

Функции протектора нятрогеназы, видимо, выполняет также суль-

фид, которьй будучи добавлен в среду, хв ми ческа связываясь о молекулярным кислородом, обеспечивает саижение его концентрации в среда (табл,2).

В отличав от Р- 4оЛул-пмгп , синтез нятрогеназы Citocoifxtct tf. возможен в отсутствии в среде каких-либо зкаогеяных органических субстратов. Это означает, что единственным источником углерода для синтеза нитрогеназн у данной циапобактерэи может быть бикарбонат, ассимилируемый клетками в процесса фотосинтеза. Однако, в присутствии таких органических субстратов как фруктоза, гл»-хоза, лактат наблюдается некоторая стицуляния образования этого фераента (табл.2). Возможно, указанные органические субстраты используется GCotolfuct sf>, как дополнительные источники углерода. Такой аффект экзогенных органических соединений на синтез натрогеназы, а также образование гетерсцвст обнаружен рядом авторов у некоторых осишгатво фотоавтотрсфвых ци&нобактерий, в частности у AiuiCatrio. cyOjubUca и A. vaAía &ili$ { {hitее ct eU. , 1969; StcuíA^, Spittet , 1901), ■

Использование CQg в качестве единственного источника углерода для оинтеза нитрогеяаэы GCctotbict зр. становятся возможным благодаря тану, что данная цианобактерия образует этот фещект ври более высоких, чем у р. иятевсиввостях света (600-1200

лк). При такой освещенности фиксация COg происходит достаточно активно и сопровождается выделением 0^» По данным некоторые авторов ( ¡íty ti а,(. , 1981; (кaíton, té аС. , 1984), защита нитроген-аш G ktotlcct ер. от токсичного действия последнего, а такие 02, содержащегося в среде, обеспечивается наличием в клетках этой цианобактерии Са^* - зависимого фактора.

Тем не менее кислород, выделяемый й-Cotoiktcc. при фотосинтезе, может оказывать репреосярухщее действие на синтез вит- ' рогенаэы данной пианобактерией, хотя не такое сильное, как на'ее

- ю -

образование у Я ¿Di^a/wn- . Это видно аз того, что уровень нит-рогеназы, судя по скорости ацетшгенредукции, в клетках <stotaib¿u sp- при оовеиевностя 1200 лк ниже, чем в клетках, ивкубараван-ных при 600 лк.

Таким образом, различие в устойчивости синтеза нитрогеиеаи у R ■С«1у<ьп,и,пг и GCotctíU«- sp к 0g носит количественная характер* Поскольку у цпанобактерий, не образующих гетероциот,процесс фотосинтеза и азогфиксадаа совмещены в одной клетке, рано или поздно повышение освещенности, сопровсадлющееся увеличением выделения 02, приводит к репрессия синтеза китрогеназы.

2. Активность нитрог^назн. Активность нитрогеназн у Р ¿ot^a-пит и GbptMkttt sp. проявляется в шроксм диапазоне изменений условий среды, чем ее синтез. Обращает внимание тот факт, что у обеих последуешь нами цианобактерий аммоний и нитрат яе только не подавляет активность яитрогеназы, но и в ряде опытов даже стп-мулиругт ее. Не оказывали влияния на скорость ацетилепродукции у Р игуа,пит также глутамян я ocnagarHH. В stom отпадении данные цяаяобактерди отличаются от таких азогфикеяруюзях бактерий как фо-тотрофяае пурпурные а зеленые, у которых ярко выражен Svíittk. off * вффект - т.е. имеет место быстрое и обратимое ингибирование яятро-геназной активности аммонием, а также некоторыми другими соединениями азота (Ковдратьева, Гоготов, 1981; Уос.А. , Crotto , 1982). Судя по подученным нами данным, такой, тип регуляции активности нитрогеназн у диад об акт ера и отсутствует.-

В отличие от синтеза нитрогеназн,.активность этого фермента я у : GCotatA*ct $f>. проявляется не только при наличек света, во и в темноте в микроаэробных условиях.

У р ¿муллит в темноте,как и лря освещении,активность нлт-рогевезн наблодается только при взлачия в среде экзогенных органа-

местах субстратоа в ниже, чей на свету (рио.1). Очевидно, в темноте органические соединения яоаальвуюгоя данной днанобактерией

Рис Л. Активность нятроген-азы у Р ба^апит, в темноте. в присутствии

X. Свет, анаэробные условия.

2. Темнота, микроаэробкые условия (0,5? Од).

3. Темнота, анаэробные условия (стрелкой отмечен момент повторного добавления 02 (0,656).

«О <М НИН.

не только как источники углерода, во л как источники энергии, а также доноры электронов. Пентоэофосфатный путь, через который окисляются сахара, служит генератором НАСОЕ^» который используется в качестве восстановителя как дяя китрогеназы, таи и в дыхательной цели, функционирование которой сопряжено о синтезом АТФ, необходимым для активации нятрогенавьг. Эффективность генерация АТФ в процеосе дыхания значительно ниже, чем при фотосинтезе, что и определяет более низку» способность ацетилепродукции в темноте в микроаэробных условиях.

Аналогичные данные получены я для ЫоШ&гс* «¡>. . Но в отличие от Р , в темноте ацетяленредукгия у СхО>из-

ар. возможна при испольоовании эндогенных субстратов, запасенных клетками в процессе фотосинтеза.

В анаэробных условиях в темноте активность витрогеназн не наблюдается ни у р. бл^апмт (рас.1), ни у ер. 6501.

Различия в отнсшенаи в органическими субстратами, кабдюдяю-щиеся у Р. я ¿oifu.it. Н[я синтезе китрогеназы.

выявляется и ори исследования особенностей функционирования »того феривнта у данных циаиобактерий при наличии света.

Проведанные опыты позволят? утверждать, что, как в в гетероии-стах, донором злектронов для функционирования китрогекаэы у Р. пуллит- при наличия света является ве вода, фот олив которой осуществляется в участием фотосистемы П, а вкэогеншз органячео-кие субстраты. На это указывает следующие данные. Отмывание клеток R болуалшп от фруктозы приводит к полной утрате активности гидрогеназы, которая, однако, может быть восстановлена внесением в среду данного субстрата.

Экзогенные органическио субстраты является единственными до-порамя влектронсв для яитрогевазв Р. (хлуапл^т в условиях, когда фотосистема П блокирована ДТШ, при атом снижения скорости ацетиле нредутаян не наблюдается, хотя ДХОД полностью подавляет фотолиз воды (рас.2Б,ЗБ). .

' Скорость фоторедукции ацетилена у р. (муапмт достигает своего максимума при'200 лк я не увеличивается о увеличением освещенности. Видимо, стадией, дацитирующей скорость апетиленредук-ция у этой пианобактерни; является скорость окисления экзогенных Сахаров. При использовании в качестве субстрата окисления рибозы, которая обеспечивает более высокую скорость роста Р. биу&гист. в фогогетеротрофных условиях, чем фруктоза, ацетиле аредукция выше, и она может протекать при более высокой освещенности (рис.ЗА -и ЗА).

Определенный вклад в обеспечении натрогенааы восстановителями могут, видимо, вносить в другие реакция. На зто указывает возможность адетнленредукоии у Р. при' испольэовавия лактата (табл. 2). .

Ctloiothict sf>. может осуществлять ацетилвяредукцию при освещенности до 1200 лх (рис.4А). Тахая освещенность достаточна для

«

№ »

s

S

M

доля

Рио.2. Активность нитрогевавы у p.. ^»nwm. оря валячяя фруктозы в вавионмоотя от освещенности; А - без ДХШ1, Б - с ДИЫ

а *

s

о

з

«МЛН

««WA«

Рис.3, Активность нитрогеназа j р. («цця.пм.пъ opa вадгош рябозн в зависимости от освещенности. А - бе а ДХШ, Б - с ДОН

ни При I20O лк (А) кла 200 лк (Б)

активного функционирования фотосистемы П, что делает возможным участие воды в процессе локирования електронов для витрогеназы.

Dja высокой интенсивности света ( > 600 лк) ДШ1, ангибирую-щая фотолиз воды» тормозит и ецетиленредушуда у £VfocotA-tct sf>. (рис,5),

- Скорость аяетилеяредукции у Q Cocolfvtct ьр. , в отличие от Р. tvXyarutm, , вавяснт от интенсивности света. При увеличении освещен вости от 200 до 1200 лк скорооть ацетиленрадукции пропорционально увеличивается (ряс.4А).

Опыты о использованием ДШЛ (рис. 5) показывают, что, креме воды, восстановителями для нитрогеназы у (j(ctatk<ct ар, могут быть также и эндогенные органические субстраты. ДОМ (Ю-5 М) полностью иягийирует ацетиленредукцшг,, у üíocotf^t.ct- ер. только а первые 30 минут. После этого ацетилеяредукцая частично восстанавливается за счет переключения нитрогенаэы на использование в качестве доноров электронов эндогенных субстратов.

Рио. 5. ДвЯствяе ДХШ ва ах" тжвносл нятрогевави 7 ер.

1. Ее» ЛШ

2. о ДХММ. Огради« отмечен момент м»-севна ДХШ.

3 *

8 п

а

Поскольку нитрогеназа у ОгСоизМиы. тая», как я у других азотфиксаторов, чувствительна к дейотвгав 0^» то использование всцщ в качестве донора электрона®, видимо, обусловлено у »той циавобактераи наличием Са2"!" - зависимого защитного фактора, которнв «авывяет устойчивость нитрогеяавы к токсичному действия С^. Следует' также отметить, что инкубация клеток &(ою<кс<х »р. при виоокой освещенности (1200 лх) ведет к повышении устойчивости вятрогеназы к действию света (ряс. 44). Такого аффекта света ив наблюдалось, если клетки инкубировали про 200 лк (ряс. 4Б). Предполагается, что адаптация клеток СгСоеоь&ле* к слету высокое интенсивности, обеспечивающая возможность азотфикоации в эти уо-ловаях освещения, связана о повышением уровня Са^ - вависямого зщитного фактора в клетках данной циановактерви.

Т Р. ¿олуапит единственным шханизжм, обеспечявапщш защиту от тсисячного действия О*, как в процессе синтеза витрогевазы, так и яри ее функционировании является ляхатвльиая система. Ада-тилвяредукцяя у Р прекращается в тот мсмеят, когда

фотовшюлешю Си ухе не шит быть ксшансирсва^его оохлсцевием

„ *

в процвсов днхаяия (рис.6)* Иагвбяроваяиб фотовыяалевия С^ ДХШ

Рис. 6, Скорость ацетилэл-редукция (I) я пог-т дощеаве (выделение) кислорода (2) клвТт Ками Я боъуапмт! в

вовнедмости от освещенности

чэ t

ь

ж

*

и

о о

8

делает возможной адетилрнрелукци» Р. и ара высокой

освещенности (рис.2Б, ЗБ>. Дополнительным аргументе» в пользу того» что дыхание участвует в васште нитрогеназн Р. (ох^лплт. от Og, служит и тот факт» что рвбоза, которая обеспечивает более высокую, чем фруктоза, скорость поглощения киолорода клетками «той щаяобакте. и, обеспечивает возможность ацетиле яре дукщш при более выооких интенсивноотях света, нежели фруктоза (рио.2А,ЭА).

Таким образом, органические соединения при азотфиксации у R имеют, по-видимому» несколько функций: I, Они явля-

ется источниками углерода при синтезе нитрогеназн. 2. Сдужат донорами электронов ■ энергия. 3. Обеспечивают защиту синтеза и Фун-хциокярование зтого ферлента от токсичного действия молекулярного кислорода*

выводы

1. Синтез кятрогеяаэы у Р(сЫопспга- ^оьуллшп я б&хяЬ&л-се зр. обляхатно зависит от налитая света, но вебошой интенсивности света» особенно в случае р. (о\уа.пигп. (до.600 В тех то условиях освещения проявляется активность нятрогевагы. Ив-гябирушсе действие света высокой житеяоявнооти яа секте б я ахтяв-сссть ее троге вава снимается дписметилмочевкдой, подавляющей фо-таэыделеяие кислороде..

2, Для синтеза витрогеназн я проявления активною ти ни троге н-аск Я требуются экзогенные органические субстраты: фруктоза, глюкоза, рибоза я лактаг. У СгСоы(Аие бр, вигрогея-аза синтезируется и активна в фотоавтотрофных условяяс.

'3, 7 Р- богуапит синтез нитрогеназы проз сходят только в анаэробных али микроаэробных условиях. Синтеа нитрогенавы Сбою-^ссе ер. возможен я в аэробных условиях*

4. У сбеях шадобактеряй витрогевазная активность появляется де только при освещении, но и в темноте, ара налячии в среде молекулярного кислорода, обе опочив аше го получение клетками ввергни в результате аэробного листания.

5. Синтез нитрогеназы у обеих иианобактеряй репрессируется амюняем я нитратом. Мэтионазсудьфоксишя - ингибитор глуталяд-синтетазы - снимает действие аммония, ло не нитрата.

6. На активность дитрогеяазы исследуемых циаяобагтернй вв ашокгВ, вя другие соединения азота действия не оказывают.

Д И Т Е Р А Т Г Р А

I. Нгуен Тхень Хоа. Фотосинтез и авотфяксадвя у безгетеро-цкстной цаанобактерая. РСесЛспетл пит. "Труда Х7 ковферен-

вдя модохих ученых биологического факультета MIT". 4.1, 1334, стр. 74-79.

2* Нгувн Тхаль Zoe, Ивановски! р.Н. Сеете» я активность нят-рогввазы у цяанобалтеркя Р/Шомт,& (о%уа.лип\. - Шкробяоло-гжя (в печати).

. Ф.П.Л. ¿3S Тираж

Типография X03V Млннефтслрома. За к, Н97,