Кобальт и корриноиды в биологии Propionibacterium freudenreichii

• Автор: Рыжкова, Евгения Петровна
• Шифр специальности: 03.00.07
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 266 с. : ил.

Содержание

Список сокращений

Введение

Основные положения, выносимые на защиту.

Глава 1.

Обзор литературы.

Пропионовокислые бактерии метаболизм и корриноиды

Глава 2.

Объекты, методология и методы исследований

Глава 3.

Ионы кобальта и кобапамин в физиологии

iiiiii в окестких условиях
существования.
Глава 4.
Изменения в физиологии Р. iii при лимитировании по ионам кобальта в среде и дефиците корриноидов в клетках
Глава 5.
Изучение процесса образования ДНК, происходящего в клетках Р. iii при участии кобаламина
Глава 6.
Альтернативная рибонуклеотидредуктаза Р. iii, функционирующая в анаболизме ДНК без участия кобаламина
Глава 7.
Регуляция кобаламином системы рибонуклеотидредуктазы Р. iii
Глава 8.
Практически значимые аспекты работы.
Глава 9.
Общее заключение
л Список литературы
Список сокращений
АСБ абсолютно сухая биомасса БЛ блсомицин А5 блеомицетин
ВФ внутренний фактор iii , I
ВЭЖХ высокоэффективная жидкостная хроматография Гл восстановленный глутатион ГМ гидроксимочевина
ГРС глобальная система сеть регуляции метаболизма
5,6ДМБ 5,6диметил бензимидазол
ДГГ дитиотреитол
ДФА дифениламин
ИК иммобилизованные клетки
ММКоАМаза метилмалонилКоАмутазаизомераза
МСаза метионинсинтаза
ПБ пропионовокислое брожение
ПГЭ подвижные генетические элементы
ПК пропионовая кислота
ПКБ пропионовокислые бактерии
РНРаза рибо нуклеотид редуктаза
СОД супероксиддисмутаза
ТМСаза тимидилатсинтаза
ТРМ трансметилаза ДНК
УФ световое излучение в области длин волн 0 0 нм Фактор III 5гидроксибензимидазолилкобамид, аналог кобаламина Фактор В кобинамид кобамид, не содержащий нуклеотид в качестве алиганда атома кобальта, аналог кобаламина ФАОЗ ферменты, участвующие в антиокислительной защите клеток ЦПМ цитоплазматическая мембрана ЭПР электронный парамагнитный резонанс ЭТЦ электронтранспортная цепь
АсоСЬа аденозилкобамид АсоСЬ аденозилкобаламин
СЬа кобамид амидированный корриноид с любым основанием в составе алиганда атома кобальта, т.е. нижнего нуклеотида СЬ кобинамид фактор В
СЫ кобаламин истинный витамин В
СЫСЫ цианокобаламин коммерческий препарат витамина В2 СБеБР белок ацетогенов, метаногенов и сулфатредукторов, содержащий кобамид и железосерный кластер сАсо дезоксиаденозин вгх глутаредоксин м6А . 6метиладенин м5С 5мет ил цитозин МеСЫ мегилкобаламин МеТГФ 1Ч5метилтетрагидрофолат БАоМе Баденозилметионин Тгх тиоредоксин
Введение
Широкие и разнообразные физиологобиохимические возможности прокариот, определяющие их жизнеспособность в изменяющейся среде, хорошо известны и рассматриваются как проявление периода эволюции организмов на уровне химии живой клетки. Это представление возникло и сформировалось при изучении энергодающих процессов и путей ассимиляции углерода, вариабельность которых зависит от действия существенного критического фактора внешней среды свет, молекулярный кислород, источник углерода и т. д., но и в настоящее время происходит расширение представления о пластичности метаболизма прокариот i ., ., . Так, открываются новые возможности фотосинтезирующих бактерий в отношении ассимиляции С2 соединений Ivv ., вариабельность дыхательной цепи при катаболизме С1 соединений облигатными аэробными метилобактериями .,
неоднотипность нитрогеназ азотфиксирующих бактерий Якунин и др., . Одна и та же, существенная для метаболизма биохимическая реакция, ведущая к образованию центроболита, у прокариот может бьгть катализирована разными по строению активного центра альтернативными, но изофункциональными ферментами.
Сигналом для перестроек в метаболизме обычно служит критический фактор внешней иили внутренней среды клетки, определяющий реализацию метаболического пути, детерминированного геномом. Перестройки метаболизма прокариот суть проявление биологического разнообразия на уровне многообразия типов обмена, которое является отражением их адаптаций и эволюционного движения.
Корриноиды особые тетрапирролы древнего происхождения, отличающиеся химической и биохимической полифункциональностью. Известно более анаэробных реакций с участием витамина В,2, который,
вероятно, служил биокатализатором широкого спектра действия у древних, примитивных организмов, но распространн в обмене веществ современных про и эукариот Рыжкова Иордан, . Кобальт как центральный атом молекул корриноидов контролирует и стимулирует синтез корриноидов у некоторых прокариотических организмов.
Проблема биологической роли корриноидов и их высокого содержания в клетках ряда прокариотических организмов была поставлена в середине прошлого столетия ., i ., . Со временем находили вс новые биохимические реакции и ферментные системы, вовлекающие корриноиды, но эти открытия не приводили к объяснению значения больших количеств корриноидов для физиологии метаболизма тех или иных естественных продуцентов. Причина, как нам представляется, лежала в сфере научной идеологии методологии в редукционизме, ведущем, как известно, к детализации знания и не позволяющем подняться на уровень более широкого обобщения Заварзин, Карпинская и др., .
Пропионовокислые бактерии, известные с начала прошлого века и выделяемые из естественной среды в настоящее время, представляют собой компактную филогенетическую линию. В научном плане они интересны как организмы, неоднозначно относящиеся к молекулярному кислороду и образующие в норме большие количества корриноидов.
Поистине многогранна их практическая значимость как биофакгоров биологических добавок, применяемых в пищевой промышленности и сельском хозяйстве, а также в производстве биологически активных веществ. Определнные виды и штаммы имеют большое коммерческое значение. Биологии бактерии, ответственной за созревание тврдых сыров Р. iii . ii посвящаются международные симпозиумы.
До нашего исследования представление о биологической роли витамина В в жизнедеятельности пропионовокислых бактерий ограничивалось двумя биохимическими реакциями, протекающими с его
участием и не вовлекающими молекулярный кислород. Высказывалось мнение, что причиной высокого уровня накопления корриноидов в клетках является дерегуляция биосинтеза Наряду с этим существовала и крайне противоположная точка зрения метаболизм Р. iii настроен исключительно на высокое содержание корриноидов в клетках Вороьва, . Вместе с тем биология пропионовокисльгх бактерий в последнее время представляется уже как дуалистичная.
Предлагаемая нами концепция состоит в том, что для жизнедеятельности пропионовокислых бактерий, в частности iii iii, витамин В больше, чем участник той или иной биохимической реакции. Это ось, стержень метаболизма, фактор обратимой его перестройки или, другими словами, внутренний критический фактор а ионы кобальта внешний, определяющий развитие и выживание организма в изменяющейся среде.
Актуальность


Мы отметили аэротолерантность бактерии, которая, проявлялась наряду с анаэробным способом получения энергии, также отражает е неоднозначное отношение к молекулярному кислороду. Обычно аэробные микроорганизмы легко решают проблему защиты от кислорода, нейтрализуя его и превращая в воду в результате полноценного кислородного дыхания. Сложнее дело обстоит у анаэробов и микроаэрофилов. Так, . ФАОЗ но, несмотря на это, она остатся чувств итальн ой к молекулярному кислороду, например на поверхности тврдых сред на воздухе или при насыщении жидкой среды кислородом Vi, , i . В или кобамид, не содержащий нижний нуклеотид алиганд атома Со приблизительно от общего количества корриноидов псевдовитамин 2 ануклеотид включает аденин и фактор А ануклеотид содержит метиладенин кобаламин истинный витамин В2 или кобамид с ануклеотидом, основанием которого является 5,6диметилбензимидазол примерно . В.Я. Быховского и Н. И. Зайцевой, а также Б. Кратлера Быховский, Зайцева, , . Рис. Схема строения кобаламина с обозначением его производных НиеппекепБ е а1. Аденозилкобаламин, выполняет функции кофермента некоторых ферментов в метаболизме многих организмов, включая животных и человека, в том числе у . Рыжкова Иордан, и называется коферментВ . Кроме него в клетках бактерии найден метилкобаламин МеСЫ, являющийся простетической группой метионинсинтазы i . Р. iii Быховский, Зайцева, . Оно присуще ряду анаэробных прокариот, микроаэрофилам, а также аэробам, которые в естественной среде обычно испытывают недостаток кислорода. Сотни тысячи мкг на грамм АСБ соединений группы витамина i2 образуют ii i, ii i, i i i ii, i i, . Быховский, Зайцева, Елисеев и др. Быховский и др. Известно, что чем более развитую дыхательную цепь имеет пропионовокислая бактерия, тем ниже потенциальный уровень образования корриноидов и наоборот Бонарцева, Воробьва, . Штаммы ПКБ, способные к росту на поверхности тврдых сред на воздухе, всегда обладают низкой активностью в отношении образования витамина Вп Воробьва, . Эти отрицательные корреляции ставили вопрос о вкладе витамина 2 в аэропротекцию ПКБ, тем более что химическое и энзиматическое взаимодействие кобаламина с кислородом известно Рыжкова Иордан, . Собственно биосинтез корринового тетрапиррола у . В2 кобаламина, рис. ПКБ также как дуалистичный. Биосинтез корриноидов зависит от присутствия в среде ионов кобальта и ряда внутриклеточных центроболитов метионина, глутамина, НАДН, АТФ и других, метаболически лимитирующих биосинтез корриноидов. У . Кучерас, и кобаламин подавляют. Кобаламин служит фактором специфического контроля биосинтеза корриноидов в целом Быховский и др. Быховский, v . Замечено, что в клетках экспоненциально растущей бактерии содержание корриноидов постоянно Воробьва, . Вс это вместе взятое свидетельствует о регулируемости процесса образования корриноидов у Р. Бактерия способна поглощать корриноиды из среды их поступление в клетки показано Быховский и др. Вместе с тем на примере К i установлено . ТопВ вовторых, белки внутренней мембраны , , транслоциюрующие корриноид от через в цитоплазму через внутреннюю мембрану и другие промежуточные белки. Следует отметить, что поступление того или иного корриноида в клетки Е i может происходить альтернативно, т. Множественность функций свойственна корриноидам в биологии прокариот Рыжкова Иордан, . Более биохимических реакций протекают с их участием. В качестве коферментов или простетических групп выступают аденозилированные и метилированиные кобамиды. Однако у Р. Зависимой от аденозилкобамида , i, язяется метилмалонилКоА мутаза . Оба фермента вовлечены в центразьный метаболизм. Вместе с тем корриноиды полифункционатьны химически, представляя собой по сути природный реактив Гриньяра, который, как известно, является соединением с коватентной металлоутлеродной связью, расщепляющейся в процессе химических реакций Несмеянов, Несмеянов, Воробьва, . Кобамиды рассматривают как древнейшие биокатазизаторы широкого действия, причм не исключаются их некоферментные функции и в современной прокариотической клетке Рыжкова Иордан, . Известно, например, действие метилкобазачина как субстрата метионинсинтазы .