Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

ВЛИЯНИЕ ВЫСОКОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ НА РОСТ И ФОТОМЕТАБОЛИЗМ УГЛЕКИСЛОТЫ У ПУРПУРНЫХ БАКТЕРИЙ

ВАК РФ 03.00.07, Микробиология

Автореферат диссертации по теме "ВЛИЯНИЕ ВЫСОКОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ НА РОСТ И ФОТОМЕТАБОЛИЗМ УГЛЕКИСЛОТЫ У ПУРПУРНЫХ БАКТЕРИЙ"

Л-2$С?Р£> МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА,

ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ, ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ нм. М. В. ЛОМОНОСОВА

На правах рукописи

БЛКУРОВА Ольга Владимировна

УДК Бв 1,13:£7М11.23

«ВЛИЯНИЕ ВЫСОКОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ НА РОСТ И ФОТОМЕТАБОЛИЗМ УГЛЕКИСЛОТЫ У ПУРПУРНЫХ БАКТЕРИЙ »

N •

Специальность 03.00,07. — микробиология

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Москва 1ЙЙ Сі

^оОлОГЦуі^и

Работа выполнена на кафедре микробиологии Биологического факультета Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова.

Научные руководители — член-корреспондент .АН СССР профессор

......• ... Кондратьева Е. Н.

^ член-корреспондент АН СССР, профессор

Тарчевскнй И. А.

Официальные оппоненты—

, доктор биологических наук . Романова А. К. кандидат биологических наук Феденко Е. П.

Ведущее учреждение —

Казанский государственный университет

им. В, И, Улья нова-Ленина^ _

Защита диссертации состоится « /5" > _1983 г,

в с/У.СО* часов на заседании специализированного'''совета К053.05.11 в Московском государственном университете им. М. В., Ломоносова по адресу: 119899, Москва, Ленинские горы, МГУ, Биологический факультет.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Биологического факультета Московского государственного университета.

Автореферат разослан с ^ > _ 198 г.

Ученый секретарь совета канд. биологических наук

Л. И. ЛЕБЕДЕВА

Актуальность темы. Влияние окружающей среды на организм сложно и многогранно. Большое внимание давно привлекает действие на разные организмы температуры, под контро: лем которой' находится большинство процессов,- протекающих в живых системах. -

К настоящему времен» выполнено большое количество работ, посвященных изучению температурной зависимости фотосинтеза и его отдельных.1 реакций у высших растений (Тарчевский 1964, May, 1975, Bjorkman, Badger 1977, Мокроносов 1979, Oulton et al. 1979, Smillie, 1979, Пьянков 1981), Установлено изменение в распределении UC при ассимиляции меченой углекислоты среди продуктов при воздействии на растение экстремальной температуры. Но в объяснении механизма данного явления единой точки зрения нет.

Пурпурные бактерии уже много лет используются при исследовании фотосинтеза, начиная от его первичных реакций , и кончая углеродным метаболизмом. Широко изучается^ и влияние на.метаболизм данных бактерий различных факторов внешней среды,, особенно таких, как интенсивность света,, значение рН, наличие различных субстратов. Это обусловлено относительной простотой их фотосинтезнрующего аппарата, несложностью культивирования в лабораторных условиях и высокой скоростью роста. Но влияние температуры на метаболизм таких фототрофов, как пурпурные бактерии, исследовано мало, хотя различные виды этих прокариот характеризуются способностью к росту в широком диапазоне температур и адаптацией к различным условиям. Поэтому они представляются удобными объектами для выяснения поведения организмов в экстремальных условиях, в частности, при супероптнмальной температуре, i Цель и задачи исследований. Основной целью работы было изучение влияния высокой температуры на фотометаболизм углекислоты у различных видов пурпурных бактерий, относящихся к мезофнлам.

Конкретные задачи работы заключались в следующем;

1 — Выяснить, какова максимальная температура, при которой

способны расти разные виды пурпурных бактерий, относящиеся к мезофилам.

2 — Определить их способность к ассимиляции углекислоты при

супероптимальной температуре и влияние ее на состав обр а з ующи хс я ...п р о д у ктов.

3 — Исследоватй в л й нцк д ^Ы^у^У Р, к-ммературы на активность НАУЧНЛЙ БИБЛИОТЕКА

.им. К. Д Тимирязева ifak

различных ферментов, участвующих в ассимиляции углекислоты изучаемыми бактериями.

Научная новизна полученных результатов

1 — На примере Thiocapsa roseopersicina, Ectothiorhodospira shaposhnikovii, Rhodopseudomonas palustris впервые nc-- ■ - ' следовано влияние супероптимальной: температуры на рост и фотометаболизм углекислоты у пурпурных бактерий.

2 — Показано, что, несмотря иа принадлежность к мезофилам,

данные бактерии обладают значительной термоустойчивостью.

3 — Установлено, что повышение температуры до супероптималь-

. ных значений оказывает влияние не только на скорость, но ■ - и на пути ассимиляции углекислоты у пурпурных серобак-.* терий'Т.,roseopersicina, Е. shaposhnikovii.

4 — Выяснено, что: наблюдаемые изменения в метаболизме уг-: . лекислоты связаны с некоторой перестройкой ферментного

аппарата клеток.

Практическая ценность. Результаты проведенных исследований расширяют сведения об условиях, в которых может проявляться фотосинтетнческая деятельность пурпурных бактерий, что важно для понимания их роли в природных процессах, а также использования в биотехнологических процессах в качестве продуцентов биомассы, богатой белком и других полезных продуктов на основе биоконверсии солнечной энергии.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались на итоговой отчетной конференции Института биологии КФ АН СССР за 1984 г., на Всесоюзном симпозиуме «Связь метаболизма углерода и азота при фотосинтезе» в г. Пущино (1985 г.) и на конференции молодых ученых «Механизмы регуляции функционирования биологических систем и методы их изучения» в г. Казани (1985 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано пять работ, три> статьи находятся в печати в журнале «Микробиология»-

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, обсуждения результатов, выводов и списка литературы. Диссертация изложена на 128 страницах машинописного текста, содержит 26 рисунков и 10 таблиц. Список литературы включает 117оте- -чественных н 238 иностранных работ. - -

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 1. Материалы и методы исследований

Основными объектами исследований служили пурпурные серобактерии Thiocapsa roseopersicina штамм BBS, Ectothiorho-

dosptra shaposhnikovii штамм IK и пурпурная несерная бактерия Rhodopseudomonas palustris штамм. 1, полученные из музея кафедры микробиологии МГУ.

Культуру Т. roseopersicina выращивали: на видоизмененной среде Пфенига {Богоров 1974), Е. shaposhnikovii культнровалн на среде Ларсена: (Larsen 1952), Rh, palustris — на среде Орме-руда: (Bose et.al., 1961). Выращивание культур всех указанных бактерий, проводили в анаэробных условиях на свету (1000 лк.). Температуру культивирования варьировали от:25 до 50"С. В; качестве посевного материала использовали культуры в экспоненциальной фазе роста (3—5% от объема).

Для определения термоустойчивости бактерий, суспензии клеток, предварительно прогретые на:водяной:бане (40—80°С, 10—160 мин.); высевали на агаризованные среды, где затем: подсчитывали число колоний.

При проведении опытов-с суспензиями клеток, их отделяли:: от среды центрифугированием, промывали и ресуспендировали в свежей среде, несодержащей бикарбоната » соединений серы, из расчета 0,2—0,6 мг белка на 1 мл. Полученной суспензией-заполняли инкубационные сосуды. После прединкубашш клеток , в: условиях опыта ^ (30—40 мин.) вводили разные субстраты в зависимости от цели опытов..

Ассимиляцию бактериями мС-соединений, а также окисление ими тиосульфата,и сульфида определяли, в:периодически отбираемых пробах,в течение 2—5 часов. Температура опытов варьировалась от 25 до 50°С. . ■ ..

Определение продуктов-кратковременной ассимиляции) клет-ками-|4С-бикарбоната проводили при 30и42°С в анаэробных ус-ловнях на свету. Пробы объемом. 5 - мл отбирали через 10,. 20, 30,'60 и 180 сек. после введения метки, фиксировали в 96%-ном кипящем этаноле и экстрагировали продукты. 60, 40,: 20%-ным; кипящим этанолом» и кипящей дистиллированной водон._Идентификацию продуктов < ассимиляции осуществляли методом двумерной хроматографии-на бумаге с последующей радиоавтографией (Чернядьев и др. 1969). ;

Для получения экстрактов, клетки, отделяли от среды, промывали и разрушали на ультразвуковом дезинтеграторе УЗДН-1 (0,5 А, 22 кГц, 2-50 сек., О С). Полученные гомогенаты центрифугировали' (25000 g, 40 мин.,— 1°С) и супернатант использовали для последующей работы.

Определение карбоксилирующих ферментов: рибулезобис-фосфаткарбоксилазы, фосфоенолпируват- карбоксил аз, пропно-нил-КоА* карбоксил азы, пируват-карбоксилазы; и малат-дегид-рогеяазы (декарбоксилирующей) проводили- радиометрическим методом (Frings, Schlegel, ,1971) при.температуре 30. .42 и 50°С. ч Определение ферредоксннзависимых карбоксилаз, называемых синтезами, (пнруват-синтазы, 2-кетоглутарат-синтазы и .2-кето-бутират-синтазы) при 301 и 42°С осуществляли" по: методике

Бухана на (Buchanan ei al., 1967) в модификации Жукова (1979). Активность ферментов выражали в миллиединицах (мЕ), то есть, числом наномолей С02, фиксированной за I мин. в рас-четена 1" мг белка экстракта клеток. Все опыты проводили в трех-четырех повторностях. Результаты, приведенные на рисунках и в таблицах, получены путем вычисления среднего арифметического из результатов всех повторностей при условии, что они различались не более, чем на 10%.

Биомассу определяли подсчетом числа клеток в камере Го-ряева-Тома и измерением плотности культур на фотоэлектро-колориметре ФЭК-56М- Белок определяли по методу Лоурн (Lowry et ab, 1951). Содержание тиосульфата и сульфида в среде определяли колориметрическим методом (Schöön, 1959, Тгйрег, Schlegel, 1964). Определение pH проводили на потенциометре рН-340, а также при помощи универсального бумажного индикатора. Радиоактивность препаратов определяли, используя жидкостные сцинтилляцнонные счетчики импульсов «Mark II», прменяя сцинтилляциониую жидкость ЖС-106.

2. Рост бактерий, фиксация углекислоты и окисление восстановленных соединений серы в зависимости от температуры

Оптимальная температура для роста изучаемых пурпурных бактерий составляет 30—35°С, а максимальная — 42—45°С (рис. 1). Однако, клетки их (особенно Т. roseopersicina и Е. shaposhnikovii) обладают значительной термоустойчивостью, несмотря на то, что являются типичными мезофилами. Рост культур этих бактерий возможен после прогревания их клеток при 80°С в течение 30 мин. (табл. 1), но даже выдерживание бактерий при 50°0 вызывает задержку их последующего роста.

Таблица /. ■

Сохранение способности пурпурных бактерий к росту после прогревания при

разной температуре

Бактерии Т. roseopersicina iE, shaposh-1 nikovil palustris

Сохранение способности к росту На : минеральной среде 150 мнн. 150 мнн.

после прогревания при 70° С . На среде с ацетатом 130 МИН. 120 мин. ■40 мяк.

Максимальная температура для выживаемости и длительность прогревания' 80* С, 30 мин. 80* С 30 мнн. 70® С, 40 мин.

Примечание: знак «—» — опыт не ставился.

Оптимальная температура для роста исследованных пурпурных бактерий (рис. 1) не всегда совпадает с температурой, оптимальной для осуществления отдельных реакций метаболизма. Так, если оптимальная температура для роста Е. shaposhnikovii и Rh; palustris: равна 35° С, то для окисления этими бактериями тиосульфата и сульфида — 30аС. При такой температуре наблюдается и наиболее высокая скорость ассимиляции данными бактериями углекислоты, ацетата и малата. В отличие от этого, у Т. roseopersicina оптимальная температура для всех процессов одинакова (рис. 1).

' Максимальная температура, при которой наблюдается как ассимиляция углекислоты, так и окисление тиосульфата и сульфида исследованными бактериями, равна 45° С, Однако, клетки Е. shaposhnikovii и Rh. palustris и при 40е С фиксируют углекислоту со значительной интенсивностью (табл. 2).

Таблица 2.

Ассимиляция "С-6и карбона та пурпурными'бактериями ' при-разной '

температуре

Темпера. тура "С T.roseopersicina-' 1 Е. shaposhnikovii. - Rh, palustris

ммп/мнн | % |имп/мнн V ешп/МНН | %'

. 25 '96890 90 \ 115230 84 38354 ' 38

; 30 107061 100 136714 100 101440 100 ,

35 , 59870 56 132112 97 82190 81

40 23890 . 22 87856 .64 55788 54

45 10579 ' 10 34470 25 18584 18

50 0 0 0 0 0 0

На основании всех полученных результатов в последующей работе по изучению действия высокой температуры на процессы метаболизма пурпурных бактерий все опыты проводили при 42° С, как температуре, близкой к максимальной, при которой возможен рост бактерий,

3. Продукты ассимиляции углекислоты при оптимальной и супероптимальной температуре .

Повышение температуры до супероптимальных значений влияет не только на изменение скорости роста пурпурных бактерий, но может, вызывать - и некоторые' перестройкив их метаболизме. _ - ? • С-' - ■ - Основным механизмом ' ассимиляции углекислоты у исследуемых пурпурных бактерий.на свету р анаэробных автотроф-§

*>ЗГ£о Я>

-коД»*-) еГ*

Рис.2. Меченые продукты фотоассимилящш, ^-бикарбоната т.гоэео^ рвгэ±о1па на минеральной среде при 30 /А/ и 42^ /В/, ,

I + ФПС, 2 - аспартат, 3 - глутамат, ....

А —аланкк» .5 глюкоза+сахароэа, б - серин+глицин.

К

Рис.3. Меченые продукты фотоаестшляшш ^С-йикар<5оната Е.гЬароп коVII на мияералыюЯ среде при 30 /А/ и 42°С /£/,

X - ФЗ + ФПС, 2 - аспартат, ... 3 - глутамат, 4 - сукцинат, 5 — манат, _ 6 - сершн-глицин, 7 - алании..

ных условиях является р и бул ез оби сфосф а тн ы й цикл , (Чер-нядьев и.др. 1969, Фирсов 1973, Жуков 1979, Захарчук 1981). У'- Т. roseopersicina,.~ Е~ shaposhnikovii и Rh. palustris такой цикл функционирует и при оптимальной (30—35 С), и при супероптимальной (42° С) температуре. t

Однако, при повышении температуры до 42° С у Т. roseopersicina и Е. shaposhnikovii среди продуктов ассимиляции "С-би-карбоната наблюдалось сильное снижение включения "С в фосфорные эфиры сахаров (ФЭ) и фосфоглнцериновую кислоту (ФГК), то есть, в первичные продукты ассимиляции углекислоты через цикл Кальвина. Количество радиоуглерода в этих соединениях у Т. roseopersicina, при 30° С в. начале экспозиции достигавшее 65—70% (рис. 2А), при 42а С не превышает 20— 25% {рис. 2Б). Еще более значительное снижение содержания метки было в ФЭ+ФГК у Е. shaposhnikovii. При 42° С количество |4С в этих соединениях через 10 сек. экспозиции составляло всего 8—10% (рис. ЗБ), тогда как при 30" С достигало 80% (рис. ЗА). '

Отсутствие глюкозы среди продуктов ассимиляции углекислоты клетками Т. roseopersicina при 42° С также может свидетельствовать об ослаблении в таких условиях цикла Кальвина, так как при 30° С у этой бактерии отмечено значительное включение радиоуглерода в данный продукт цикла при ассимиляции меченого бикарбоната в фотоавтотрофных условиях (рис.. 2).

Обращает внимание, что в результате ассимиляции Т. roseopersicina.и Е. shaposhnikovii ,4С-бикарбоната при 42° С происходит сильное увеличение процента. включения "С в аминокислоты, по сравнению с таковым при 30е С.. Через 10 сек. экспозиции основное количество МС включалось у Т. roseopersicina в серии (до 45%) и аспартат (до 30%) (рис. 2Б), а у Е. shaposhnikovii— в аспартат (до 40%), глутамат (до 50%) и ала-нин (до 22%) (рис. ЗБ).

• В отличие от этого, при 42° С состав меченых продуктов ассимиляции "С-бикарбоната Rh. palustris был таким же, как и при 30" С. В обоих случаях основное количество 14С включалось в ФЭ+ФГК (до 95% от общей радиоактивности) (рис. 4). Более того, при 42е С наблюдалось увеличение процента включения радиоуглерода во все продукты ассимиляции, кроме аланина (рис. 4Б).

4. Влияние температуры на активность карбоксилирующих

ферментов

Проведенные исследования показали, что при повышении температуры до 42° С у Т. roseopersicina и Е. shaposhnikovii происходит снижение активности рибулезобисфосфат (РБФ)-карбоксилазы, ключевого фермента ассимиляции, углекислоты через цикл Кальвина. Если у Т. roseopersicina при повышении температуры с 30 до 42°С РБФ-карбокснлаза снижает свою

Ряс.4.. Мексике продукта фотоасс^чЕляш-.к -^-¿ккарбоната Кира^а-Ь^в на среде с ацетатом при 50 /А/ и 42^0 /Е/,

I - ФЗ + Ф1ТС, 3 - глутамат* 5 - манат, 1 2 - аспартат,. 4 - серин+глапин,, в-йлашга.-

активность в три раза, то активность данного фермента у Е. БЬарозЬшкоуи в этих условиях понижается в шесть раз (табл. 3). •

Кроме этого, при 42°. С практически полностью подавляется активность тшруват-сиитазы Л\ гозеоре^ста и пропионил-КоА-карбоксилазы Е. $1]арозЬшкоуи (табл. 3);

Другие карбоксилирующие ферменты более устойчивы к высокой температуре. Наибольшую термоустойчивость у Т. гоэе-орегБ1ста и Е. 5Ьаро$Ьп!коу|1 проявляют карбокснлазы пиру-вата и фосфоенол-пирувата (ФЕП), а у Е. вЬарозЬшкоуП, кроме этого, ферредоксин-зависнмые сннтазы (табл. 3); активность последних при 42°С возрастает.

Выращивание пурпурных бактерий, а именно Т. говеорегз!-ста, при 42° С не приводило к увеличению термоустойчивости разных карбоксилирующих ферментов. Уровень активности всех карбоксилаз у Т. гоэеорегаста, выращенной при 42° С, был значительно ниже, по сравнению с ферментами из клеток, выращенных при 30° С.

В отличие от пурпурных серобактерий, повышение температуры до 42° С не только не снижает активность рБФ-карбокси-

Таблица 3.

Активность карбоксилирующих ферментов пурпурных бактерий в зависимости от температуры (в мЕ)

Фермент ■ . ' ¡ Т. roseopersicina Е. shaposhnikovii Rh. palustris

30° 42° 30° 42' 30° 42° 50"

Рибулезобнсфосфат-карбок-снлаза НФ 4.1Л .39 ФЕП-карбоксилаза НФ 4.1.1.31 ФЕП-карбокснкнназа НФ 4.1.1.32

ФЕП-карбокснтрансфосфо- ■ рилаза НФ 4.1.1.38 Малат-дегн дроге н аза (де. карбоксилнрующая) НФ 1.1.1.39, 1.1.1.40 Пируват-к а рбоксилаза НФ 6.4.1.1. ;

Пропи он и л-КоА-к а р бок си л а-за НФ 6.4.1.3

Пируват-снктаза ферредок- _ снн- (Од) -зависи мая НФ 1.2.7.1

2-Кетоглутаратсинтаза Фд-зависнмаяНФ 1.2.7.3' 2-Кетобутнратсинтаэа Фд-зависимая НФ 1.2.7.2

20.0 6,7 29,1

1.5 1.2 3,2

4,1 3.9

1,0 0,9

0,5 4.7 •

2,8 ■ 2.2

2.4 2.0 0,0 0,0

7.5 0,8 2,0 1.6 3,3. 2,6

0,0

3.8 ' 7.4..

7.9 - 8.3

0,0

5.5 16,4 21,1 11,6

2,9 2,4 3,5 0.8

0,3 ■ 5,0 5.2 2,3

.4.4 3,0 3,3, 1,2

0,0 0.7 1.2 0,4

2,7 . 1.4 2,6 . 1,1

: o.s г о,о о.о о.о

10,4 1,7 2,2 —

9,2 2,8 4,2 —

0.0 0.0 - ■ 0,0 ' — ■

Примечание: культуры выращены »а минеральных средах при 30" С, знак *—»— опыт не ставили. . .• ■) ■ -- ■ .

лазы и других карбоксилирующнх ферментов Rh. palustris, но даже приводит к:ее увеличению (табл. 3)..Более того, при повышении температуры до 42" С нами была выявлена довольно активная нируват-карбоксилаза (НФ 6.4.1.1). Дальнейшее увеличение температуры (до 50°С) приводит к снижению активности всехкарбокснлаз этой бактерии. :

5. Обсуждение результатов.

Результаты проведенных исследований показали, что при повышении температуры до 42°С у Т. roseopersicina и Н. sha* poshnikovii происходит ослабление функционирования, рнбуле-

- зобисфосфатного цикла, особенно сильно —у Е. shaposhnikovii. Об этом свидетельствуют состав: продуктов кратковременной ассимиляции клетками этих бактерий 14С-бикарбоната и резуль-,

- татьгферментативного анализа;- . ■ ~

Увеличение количества радиоуглерода у Т. roseopersicina и Е. shaposhnikovii при повышении температуры с 30 до 42? С в таких продуктах ассимиляции, как аминокислоты связано, скорее всего, со значительной термоустойчивостью карбоксилаз пирувата и фосфоенол-пирувата, так как образование аминокислот происходит через карбоксилирование пирувата и ФЕП и последующее включение образовавшегося оксалоацетата в реакциицикла трикарбоновых кислот (рис. 5, 6). _ '

В отличие от Т. roseopersicina, у Е. shaposhnikovii в условиях супер оптимальной температуры большое значение имеют некоторые реакции восстановительного цикла трикарбоновых кислот. Увеличением-активности при 42°С и пнруват-синтазы, и 2-кетоглутарат-синтазы этой бактерии можно объяснить повышение количества радиоуглерода при ассимиляции нС-би-карбонатав таких соединениях, как глутамат, аланин и серии (рис. 3). В то же время, сильное подавление прн 42° С пропио-нил-КоА- карбоксил азы Е,-shaposhnikovii коррелирует с низким содержанием метки в сукцинате (рис. 3). Об активном функционировании у Е. shaposhnikovii ферредоксин-зависимых син-таз при 42° С'говорит и тот факт, что при добавлении к их клеткам, кроме ИС-бикарбоната, немеченого ацетата, среди продуктов ассимиляции появляется большое количество таких органических кислот,-как малат и цитрат.

Следовательно, из анализа полученных-результатов можно сделать вывод, что снижение - общего количества ассимилированной углекислоты у Е. shaposhnikovii при 42° С, по сравнению с 30° С (табл. 2) вызвано сильным подавлением активности ■ РБФ-карбоксилазы и пропионил-КоА-карбокснлазы. При повышении температуры до 42°С суммарная активность карбоксил ирующнх реакций у Е. shaposhnikovii составляет 52% от.активности этих реакций при 30 С. Интенсивность же фиксации, углекислоты при 40е С у этой бактерии равна 64% от таковой при 30° С.

: Аналогичный вывод можно сделать и о'причинах понижения . при 42° С интенсивности ассимиляции углекислоты Т. roseopersicina, так как и у этой бактерии обнаружено явное соответствие между падением интенсивности фиксации С02 и понижением активности некоторых карбоксилаз. Интенсивность ассимиляции углекислоты Т. roseopersicina прн 40® С равна 22% от таковой при 30" С. Суммарная же активность карбоксилирую-щих реакций при повышении температуры до 42° С у этой бактерии составляет 25% от их активности при 30° С. ; • Такое- изменение интенсивности ассимиляции углекислоты' прн ,42е С у;Т.;roseopersicina вызвано, подавлением активности

У этих условиях РБФ-карбоксил азы и гшруват-сннтазы. Это хорошо согласуется с отсутствием-меченого аланина в продуктах ассимиляции Т. roseopersicina 14С-бикарбоната при 42* С, образующегося путем амннировання пирувата (рис. 2). Значительное включение метки при ассимиляции Т. roseopersicina нС-бикарбоната-в серии, который отсутствует в составе продуктов при 30° С, может быть объяснено его образованием из ФГК- Об этом свидетельствует ход кривых изменения : содержания МС в серине и ФГК (рис. 2B)t который в течение первой минуты опыта имеет зеркальный характер.

Таким образом, при повышении температуры до супероптимальных значений у Т. roseopersicina и Е^ shaposhmliovü на фоне снижения активности РБФ-карбоксил азы: возрастает роль и доля участия в метаболизме углекислоты других реакций карбокснлироваиня. У Е. shaposhnikovii это реакции, .идущие при участии ферредоксин-зависимых синтаз, а также карбоксилаз пирувата. и фосфоенолпирувата. У Т. roseopersicina это только реакции карбоксилирования пирувата и фосфоенолпирувата. Значительная термоустойчивость карбоксилаз пирувата и фосфоенолпирувата — довольно широко распространенное явление. У многих представителей высших растений при повышении температуры до супероптимальных значений возрастает доля участия в метаболизме углерода именно фосфоенолпируват-карбоксилаз (Журавлев 1967, Асафов 1968,. Пьян ков- 1981). В связи с этим, вероятно, можно рассматривать подобную реакцию ферментной системы клетки на: повышение температуры как механизм, присущий многим - фотосинтезируюшим - организмам: ■ .

Учитывая сильное снижение активности при 42° С основного механизма ассимиляции углекислоты Т." roseopersicina и Е. shaposhnikovii — цикла Кальвина — можно сделать предположение о том, что большая термоустойчивость ряда других карбокси-лирующнх реакций этих пурпурных серобактерий: компенсирует в какой-то степени ослабление главного канала, фиксации СОг- В результате, направленность метаболизма углекислоты у Т. roseopersicina и Е, shaposhnikovii частично изменяется (рис. 5, б).

В отличие от этого, у такой пурпурной несериой бактерии как Rh. palustris повышение температуры с 30 до 42°С сказывается лишь на скорости ассимиляции углекислоты, не меняя ее метаболизма. В: обоих температурных режимах ассимиляция нС-б и карбоната у этой бактерии осуществляется, в основном, через рибулезобисфосфатный цикл (рис..7). ■ .

Следовательно, температурный оптимум; для проявления максимальной активности карбоксил ирующих ферментов Rh. palustris не совпадает с оптимальной температурой для роста н ассимиляции углекислоты этой бактерией. Видимо, снижение скорости ассимиляции, углекислоты Rh: palustris при суперопти-

полисахариды

■■■ - Т

аланЕИ'

пропионат

Ерсшионил-КоА

ф . фумарат:' ... 2-К0Тобутарат\ --

порфиргаы

'2-кв-т кяутарат суяшнил-КоА, - ¿р

^ «ъ. —м у- гяутамат

: щ •

Рис.5. Схема начальных путей фотометаболизма углерода. т,го-зео?пгз1с1па в анаэробных условиях при 30 » 42°С ■

-- полное

л»

—■ — —частичное

-—о - усиление при 42°С.

подавление при 42°С

полисахариды —

серии .

сукпияат

ЕОрфйрШШ

' сукшнил-КоА

-СОг 2-*етоглутарат

Со£ хязггамат

Рис.6. Схема начальных этапов фотометаболизма углерода ,роз1т1коу1± в анаэробных условиях при 30 В 42°С.

— || > - пояноо Л

V подавление при 42^

— — частичное J

=£> - усиление иди 42°С.

2-Ф1К'

• серил

йгднш-

. С5Я ацетат

СОг>Ч 'У2 1

----------Э, . I яггот*т

.петлл-КоА

астртгдт

сушшккл-КоА

2-квтоЕДутарат

■ ■ С02 Евс;7; Схема начальных путей фотшетабодакма углерода кь.ро-: в анаэробных условиях при 30 в 42°С. " - Ешюлнаа подавление пш 50°С.

мальной температуре обуслоьлёйо нарушением каких-либо других механизмов, составляющих: сложный процесс фотосинтеза. Вполне возможно, что при повышении температуры до супероптимальных значений у Rh. palustris происходят нарушения в начальных стадиях фотосинтеза, или в системе синтеза АТФ. Такое явление часто имеет место у высших растений, у которых подавление интенсивности' фотосинтеза при температуре, оптимальной для функционирования различных карбоксилаз, во многих случаях обусловлено нарушением биосинтеза АТФ (Тарчевский и др. 1979, Smillie, 1979).

ВЫВОДЫ

]. Оптимальная температура для роста пурпурных бактерий Thiocapsa roseopersicina, Ectothiorhodospira shaposhnikovii к Rhodopseudomonas palustris, относящихся . к мезофнлам, составляет 30—35" С, а максимальная — 42—45е С.

2. Все эти бактерии сохраняют способность к росту после прогревания клеток при 70—80° С в течение 30 мин. Однако, даже кратковременное (10 мин.) повышение температуры до 50° С существенно задерживает рост культур. *.

3. У всех указанных пурпурных бактерий окисление восстановленных соединений серы, ассимиляция бикарбоната и органических субстратов (ацетата я малата) наиболее активно происходит при 30°С, Максимальная температура, при которой эти процессы возможны, 45° С, однако, скорость нх сильно снижена.

4. В условиях супероптнмальной температуры (42° С) имеет место перераспределение радиоуглерода в продуктах кратковременной ассимиляции '«С-би карбона та Т. roseopersicina л Е. shaposhnikovii, по сравнению с таковым при 30" С. Происходит снижение содержания "С в первичных продуктах рибулезобисфосфатного цикла (фосфорных эфирах Сахаров и фосфогли-цериновой кислоте) и значительное увеличение процента радиоуглерода в аминокислотах, особенно в аспартате н глутамате.

5. При повышении температуры с 30 до 42®С, активность РБФ-карбоксила зы у Т. roseopersicina снижается в три раза, а у Е. shaposhnikovii — в шесть раз, тогда как у Rh. palustris остается без изменений,

6. Повышение температуры до 42" С приводит также к подавлению активности пнруваТ-сннтазы у Т. roseopersicina и пропноннл-КоА-карбоксилазы у В., shaposhnikovii. Однако, активность карбоксилаз пирувата и фос-фоеноллирувата у обеих бактерий, а также ферредоксин-зависнмых синтаэ Е. shaposhnikovii при 42° С практически не меняется.

7. Выращивание пурпурных бактерий Т. roseopersicina прн сул ер оптимальной температуре не оказывает'влияния на терм о устойчивость различных карбоксилирующих ферментов.

8. В результате различной термоустоЛчнвостн отдельных карбоксилаз у Т. roseopersicina и Е, shaposhnikovii происходят некоторые изменения в метаболизме углекислоты в зависимости от температуры. Они выражаются в ослаблении функционирования цикла Кальвина н увеличении фиксации СО] прн участи» других карбоксил ирующих ферментов, нежели РБФ-карбоксил аза.

9. В отличне от указанных пурпурных серобактерий, метаболизм углекислоты Rh. palustris при 30 и при 42 С остается одинаковым н происходит, в основном, посредством функционирования цикла Кальвина,

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ:

1. Бакурова О. В. Влияние высокой температуры на фотосинтетический метаболизм углерода у пурпурны* бактерий. Тезисы , докл. Всес. Симпозиума «Связь метаболизма углерода и азота при фотосинтезе» 1985 г., Пущин о.

2. Бакурова О. В., Жуков В. Г. Влияние температуры на ассимиляцию углекислоты мезофнльными пурпурными бактериями. Депонировано в ВИНИТИ за № 273-85 ДЕП.

3. Бакурова О. В., Жуков В. Г. О термостабнльности некоторых видов мезофнльных пурпурных бактерий. Депонировано в ВИНИТИ за № 274-85 ДВП. 1

4. Бакурова О. В, Активность карбоксилнрующих ферментов у пурпурных бактерий при высокой температуре. Депонировано в ВИНИТИ за

275-85 ДЕП.

5. Бакурова О. В. Влияние высокой температуры на фотомета бол нзм углекислоты у пурпурных серобактерий. Труды конференции молодых ученых «Механизмы регуляции, функционирования биологических систем и методы их изучения», 1985 г„ Казань.

Зак, Ф-299/ ПФ 08142.' Тир. 100.

Типография издательства Тат. О К КПСС.