Физико-химические аспекты участия ионов металлов в метаболизме бактерии Azospirillum brasilense

• Автор: Чернышев, Анатолий Валериевич
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Саратов
• Количество страниц: 175 с.

СОДЕРЖАНИЕ
Список сокращений и обозначений
Введение
Глава 1. Литературный обзор
1.1. Роль ионов металлов в жизнедеятельности бактериальной клетки
1.1.1. Пассивная диффузия
1.1 2. Облегченная диффузия
1.1. 3. Активный транспорт
1.1. 4. Адсорбция и образование новой фазы с участием микроорганизмов
1.2. Биологический катализ на биядерных комплексах металлов
Глава 2. Объекты и методы исследования
2.1. Объект исследования и условия культивирования
2. 2. Выделение и очистка глутаминсинтетазы
2. 3. Определение активности и степени аденилирования (п) глутаминсинтетазы
2. 4. Определение концентрации белка
2. 5. Определение активности глутаминсинтетазы АгортИит Ьгаяйете Бр 245 в присутствии ионов
металлов
2. 6. Световая микроскопия
2. 7. Выделение минеральных кристаллов
2. 8. Структурные исследования минеральных кристаллов
2. 8.1. Инфракрасная (ИК) спектроскопия
2. 8. 2. Рентгенофазовый анализ
2. 8. 3. Термогравиметрический (ТГА) и дифференциальный термический (ДТА) анализ
2. 8. 4. Ионная хроматография и элементный анализ
2. 9. Атомно-эмиссионная (АЭС) и атомно-абсорбционная (ААС) спектрометрия
2.10. Приготовление образцов сухой биомассы АгоьртИит ЬгаьИете Бр
2. И. Инфракрасная спектроскопия с Фурье-преобразованием
2.12. Определение концентрации сухого вещества и клеток, а также их размеров з бактериальной суспензии

2.13. Определение фосфатазной активности лантаноидов
2. 14. Изучение активности глутаминсинтетазы в присутствии халькогеиопирилиевых солей и 1,5-дикетонов
2. 15. Электрохимические исследования кинетических свойств глутаминсинтетазы и реакции гидролиза АТФ в присутствии ионов лантаноидов
Глава 3. Результаты и их обсуждение
3.1. Образование кристаллов струвита в процессе культивирования АгоьртИит Ьгая'йете
3. 2. Поглощение и адсорбция ионов металлов клетками Аго$рт11ит Ьгайкпзе
3. 3. Взаимодействие глутаминсинтетазы АгоиртИит Ьгшкте с ионами в-, р- и сГэлементов
3. 4. Поведение глутаминсинтетазы Аго$рт11ит Ьгайкпье в трансферазной реакции с ионами
лантаноидов и фосфатазная активность ионов лантаноидов
3. 5. Взаимодействие глутаминсинтетазы с элементорганическими ионами
Заключение
Выводы
Список литературы
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И ОБОЗНАЧЕНИЙ
ААС — атомно-абсорбционная спектроскопия
АДФ — аденозиндифосфат
ц-АМФ — цикло-аденозинмонофосфат
АО — атомная орбиталь
АТФ — аденозинтрифосфат
АЭС — атомно-эмиссионная спектроскопия
БАМ — бислойная липидная мембрана
БСА — бычий сывороточный альбумин
ВВА —взаимное влияние лигандов
ВЗМО — верхняя занятая МО
у-ГТК. — у-глутамилгидроксамовая кислота
ГДГ — глутаматдегидрогеназа
ГДФ — гуавозиндифосфат
ГИНК — гидразид изоникотиновой кислоты
ГС — глутаминсинтетаза
ГСТ — глутаматсинтаза
ДПА — дипиридиламин
ДТА — дифференциальный термический анализ
A/jCNa — додецилсульфат натрия
ДЭС — двойной электрический слой
КЧ — координационное число
КФ — классификация ферментов
МО — молекулярная орбиталь
МЭС — 4-морфолинэтансульфоновая кислота
НАДФ — никот ииами ддину клеоти дф о сф ат
НСМО — нижняя свободная МО
ПААГ — полиакриламидный гель
ППЭ — поверхность потенциальной энергии
РЗЭ — редкоземельные элементы
РСА — рентгеноструктурный анализ
ТГА — термогравиметрический анализ
ТРИС — mpuc-гидроксиметиламинометан
ФМН — флавинмононуклеоткд
ФМСФ — фенилметилсульфонилфторид
ЭДТА — этилендиамивтетраацетат (натрия)
Ala — аланин
Arg — аргинин
Asa — аспарагин
Asp — аспарагиновая кислота
Cys — цистеин
Gin — глутамин
Glu — глутаминовая кислота
Gly — глицин
His — гистидин
Не — изолейцин
Leu — лейцин
Lys — лизин
Met — метионин
PDB — Protein Data Bank, банк белковых структур
Phe — фенилаланин Pro — пролин
Ser — серии Thr — треонин Тгр — триптофан Туг — тирозин Val — валин
а — термодинамическая активность вещества А — оптическая плотность яри длине волны X с — концентрация вещества d — размерность евклидова пространства D — коэффициент диффузии Ер — энергия Ферми
F — мощность источника вещества, постоянная Фарадея
g — условная обменная емкость ионообменной смолы
I — ионная сила раствора j — диффузионный поток k — константа скорости реакции К — константа Михаэлиса

Мет+ — ион металла п — степень аденилирования ГС

вероятность
огибающая вероятности — коэффициент вибронного усиления Р — неорганические фосфаты, включая прото-нированные формы
д — коэффициент поглощения, заряд электрона <3 — теплота адсорбции
г — коэффициент корреляции, обобщенная координата
5 — энтропия, площадь поверхности I — время Т — температура
гп — скорость образования зародышей новой фазы г. — заряд 1-го иона а — степень диссоциации электролита ДЕ. — изменение объема белковой глобулы у — коэффициент активности Г — гамма-функция
5 — фрактальная размерность, размерность кластера (по [64]) р — химический потенциал Ф — потенциал электрического поля р — плотность вещества сг — свободная поверхностная энергия 0 — доля занятых адсорбционных мест на поверхности раздела фаз

v=—+-

дк дг.
/4-І

способность могут зависеть от условий роста культуры. Например, были найдены заметные сдвиги в сорбционной способности клеток дрожжей, выросших на средах с различными источниками углерода [124, 125]. Количество ионов серебра, которое осаждается на клетках дрожжей Candida utilis, возрастает с увеличением содержания фосфора в клетках, но не зависит от содержания серы, хлора и калия. При этом металлическое серебро сорбируется в виде гранул на поверхности клеток, иногда содержащих AgS и AgCl [126].
Если в среду добавляется элемент, обычно токсичный для микроорганизма, например, Со, Zn, Си, U, Pb, Ni, Мо, В, то выросшая в таких условиях культура отличается повышенной сорбционной емкостью по отношению к данному иону, что свидетельствует об активном участии клеточной стенки в детоксикации окружающей среды [1, 14—16, 44, 124, 125].
Связывание ионов металлов с клеточной стенкой микроорганизмов, удовлетворяющее изотерме Фрейндлиха, было обнаружено при изучении сорбции ионов Со2+ клетками дрожжей [124, 125]. Если Г выражена в мкг/г биомассы, то константы кип в уравнении (34) в случае Candida utilis равны 12,02 и 3,20; в случае Torulopsis famata — 6,02 и 2,04 соответственно.
Адсорбция электролитов на поверхностях раздела фаз имеет свои отличительные особенности. Взаимодействие заряженных частиц с адсорбентом может проходить как обычная молекулярная адсорбция, если электролит слабо диссоциирован или находится в растворе в виде ионного ассоциата. Чаще, однако, встречается ситуация, когда ионы одного знака имеют большее сродство к поверхности, чем противоположно заряженные. Применяя терминологию модели Штерна для двойного электрического слоя (ДЭС, [34, 110]), такую адсорбцию можно рассматривать как процесс обмена ионов между слоем Штерна и диффузным внешним слоем. Для такого процесса уравнение Штерна для ДЭС можно переписать следующим образом [110]:

= с0ехр
zea + Q

(35)
где я —заряд иона, е — заряд электрона, о — поверхностная энергия, С) — теплота адсорбции. Как следует из уравнения (35), геО отражает электростатическое взаимодействие иона с поверхностью, тогда как Сі есть вклад химического взаимодействия. Экспериментально было обнаружено, что ионы сорбируются сильнее, если в результате образуются слабодиссоциирующие или