Трансформация нитроэфира целлюлозы сульфатредуцирующей бактерией Desulfovibrio desulfuricans 1388

• Автор: Петрова, Ольга Евгеньевна
• Шифр специальности: 03.00.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 114 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

Глава 1. Нитроцеллюлоза, ее структура и микробный метаболизм

1.1 Структура нитроцеллюлозы

1.2 Проблемы утилизации нитроцеллюлозы

1.3 Разложение нитроцеллюлозы микроорганизмами

Глава 2. Современные представления о сульфатредуцирующих

бактериях 1

2.1 Трансформация природных соединений сульфатредуцирующими

бактериями
2.1.1 Окисление углеводов
2.1.2 Разложение углеводородов и их производных
2.2 Трансформация неприродных соединений сульфатредуцирующими
бактериями
2.2.1 Разложение простых полиэфиров
2.2.2 Трансформация нитроароматических соединений
2.3 Неорганические акцепторы электронов
2.4 Некоторые физиологические аспекты функционирования
сульфатредуцирующих бактерий в природных экосистемах
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Глава 3. Материалы и методы
3.1 Объекты исследования и условия культивирования
Материалы ,
Объекты исследования
Питательные среды
Культивирование сульфатредуцирующих бактерий
3.2 Определение ферментативных активностей
Получение экстрактов клеток
Определение содержания белка в клетках
Определение локализации ферментов
Определение нитроэстеразной активности
Определение активности щелочной и кислой фосфатаз
Определение нитрат и нитритредуктазной активности
3.3 Аналитические методы
Количественное определение нитроцеллюлозы
Определение нитратов
Определение нитритов
Определение аммония
Определение азота нитроцеллюлозы
Определение сульфатов
Определение сероводорода
Определение лактата
Определение ацетата
Анализ газовых смесей
3.4 Спектральный анализ нитроцеллюлозы
ЯМРспектроскопия
спектроскопия
3.5 Микрокалориметрические исследования
3.6 Определение параметров роста
Определение удельной скорости роста
Определение экономического коэффициента
Математическая обработка экспериментальных данных
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
Глава 4. Физиологические аспекты трансформации нитроцеллюлозы
сульфатредуцирующей бактерией vii i
4.1 Использование нитроцеллюлозы в метаболизме
. i
4.2 Влияние нитроцеллюлозы на теплообмен
Г. с1е8и1ипсат
4.3 Влияние нитроцеллюлозы на метаболизм
О. с1еи1ипсат в органотрофных условиях роста
Глава 5. Биохимические аспекты трансформации нитроцеллюлозы сульфатредуцирующей бактерией Оем4очЬпо еьи1игкам
5.1 Гидролиз нитроэфирных связей нитроцеллюлозы
5.2 Восстановление нитратов клетками О. Уеяи1иг1сат
5.3 Гидролиз р1,4гликозидных связей
Глава 6. Анализ изменений в молекуле нитроцеллюлозы, происходящих под действием иеиоЛЬпо 1еи1иг1сап5
6.1 ЯМРспектроскопия
6.2 тЯспектроскопия
Глава 7. Биотехнологические аспекты трансформации нитроцеллюлозы сульфатредуцирующей бактерией Пеи1оУ1Ьгю йШиткат
7.1 Влияние дробного добавления субстрата на трансформацию нитроцеллюлозы
7.2 Разложение отходов производства нитроцеллюлозы
ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА


Определить характер изменений в молекуле нитроцеллюлозы под влиянием сульфатредуцирующей бактерии vii i . Исследовать возможность использования сульфатредуцирующих бактерий при биологической очистке заводских стоков, содержащих нитроцеллюлозу. Научная новизна. Впервые на чистых культурах сульфатредуцирующих бактерий р. Оези1стЬпо показано, что исследованные микроорганизмы способны вести трансформацию нитроцеллюлозы с высокой степенью нитрованности. Обнаружено, что расщепление нитроэфирных связей в молекуле нитроцеллюлозы происходит под действием неснецифической эстеразы. Установлена корреляция между нитроэстеразной активностью и активностью щелочной фосфатазы Оези1оЬпо с1е8и1иг1сап8 . Образовавшиеся в результате денитрации полимера нитраты восстанавливаются до аммония по диссимиляторному пути. Установлено, что изменения физиологических и термодинамических параметров роста Оеи1оч1Ьгю 1ет1ипсат в присутствии нитроцеллюлозы определяются, прежде всего, свободными нитратами. Методами С ЯМР и РТЖспектроскопии показано, что в результате контакта нитроцеллюлозы с Оези1оу1Ьгю с1с8и1ыпсат в молекуле полимера происходит замена нитрогрупп на гидроксилы, приводящая к трансформации нитроцеллюлозы в целлюлозу, доступную для расщепления целлюлолитическими микроорганизмами. Данные ,3С ЯМР свидетельствуют, что биологический процесс денитрации полимера бактерией ОетоугЬпо с1е8и1ипсат затрагивает нитрогруппы, вне зависимости от их положения в глюкопиранозном ос татке. Установлено, что в результате микробной трансформации нитроцеллюлозы бактерией О. Леяиипсат происходит расщепление углеродной цепи полимера с образованием нитроолигосахаридов. Впервые обнаружена способность сульфатредуцирующей бактерии Оеи1оЬпо с1е8и1ипсат использовать целлобиозу как донор электронов. Полученные результаты расширяют представления о физиологии сульфатредупирующих бактерий, их способности в условиях дефицита питательных веществ использовать нетрадиционные субстраты для поддержания своей жизнедеятельности. Практическая значимость. Приведенные данные позволяют рассматривать бактерии р. ОеиУоч1Ьпо в качестве первичного звена в микробном консорциуме при утилизации неприродного полимера нитроцеллюлозы бактерии могут инициировать процесс разложения нитроэфиров целлюлозы в условиях заводских стоков, снижая степень иитрованности полимера и делая его доступным для других членов сообщества. Биологическая очистка отходов производства нитроцеллюлозы, в основу которой положена трансформация полимера сульфатредуцирующими бактериями рода Оеи1о Ьгю, может явиться альтернативой физикохимической обработке. Это позволит сделать отходы безопасными и не исключать их из общего круговорота веществ в природе. Нитроэфиры в широком смысле являются синтетическим продуктом конденсации органических спиртов и азотной кислоты с общей формулой С0 2. Эти соединения истинные ксенобиотики, имеющие лишь отдаленную аналогию с природными фосфо и сульфоэфирами. Растворимые низкомолекулярные иитроэфиры, многие из которых используются в медицинской практике, например, глицерол тринитратнитроглицерин,сорбитол тринитрат нитросорбит, этиленгликоль динитрат, достаточно эффективно метаболизируются животными и растительными клетками с последовательным образованием ди и мононитрозамещенных продуктов . Еще более активно деструкция этих соединений протекает в микробных клетках . Показано, что микроорганизмы обладают ферментами гидролазами и редуктазами, участвующими в процессе денитрации синтетических нитроэфиров . ii . Нитроцеллюлоза стоит обособленно в ряду нитросодержащих ксенобиотиков в силу особенностей своего строения и вытекающих из этого физикохимических свойств. Нитроцеллюлоза НЦ представляет собой сложный эфир целлюлозы и азотной кислоты с общей формулой С6Н20Нз. Ыхп. Степень этерифинации варьирует от 0 до 3 по отношению к одному глюкозному звену и может быть рассчитана по формуле 3,6 ,1 , где содержание азота в процентах.