Углеводородокисляющие микроорганизмы – перспективные объекты экологической биотехнологии
Дипломная работа - Биология
Другие дипломы по предмету Биология
актерными и отличительными чертами кометаболизма.
Взаимосвязь между окислением ростового субстрата и превращением трансформируемого вещества может быть очень тесной. Например, культура Nocardia corallina 1А окисляет 3-метилпиридин, п-ксилол и ряд других структурно близких соединений в циклические кислоты только при наличии в среде ростового субстрата. Отмытые клетки этой культуры в буферном растворе названные соединения не окисляют. Трансформация начинается только после внесения ростового субстрата в систему. Наиболее интенсивно окисляется 3-метилпиридин культурой, растущей на полноценной питательной среде.
Ярким примером полифункциональности, которая реализуется в условиях кометаболизма, могут быть реакции культуры Nocardia corallina 1А. Этот организм окисляет метилы у таких соединений, как м- и п-ксилолы, 3-метилпиридин, м- и п-нитротолуолы; при этом накапливаются соответствующие циклические кислоты. При появлении аминогруппы в молекуле трансформируемого субстрата культура в тех же условиях осуществляет ее ацелирование, не действуя на метил. У хлортолуолов элиминируется хлор и расщепляется кольцо, крезолы расщепляются без окисления метила и т.д.
Представители родов Arthrobacter, Brevibacterium, Cellumonas, Corynebacterium, Mycobacterium, Nocardia способны осуществлять различные окислительные превращения бензола и п-ксилола в соокислительных условиях, т.е. в процессе роста на н-парафинах или на глюкозе. Схема превращения бензола изображена на рисунке 1, схема превращения ксилола на рисунке 2.
Рисунок 1 - Превращение бензола в соокислительных условиях
Рисунок 2 - Превращение п-ксилола в соокислительных условиях
Интересным примером процессов кометаболизма является превращение алкалоида бревикарина в бревиколлин грибными культурами Penicillium sp. и Rhizopus sp., которое заключается в циклизации алифатического радикала. В таблице 1 основные типы процессов, осуществляемых микроорганизмами в условиях кометаболизма.
Таблица 1 - Основные типы процессов, осуществляемых микроорганизмами в условиях кометаболизма
МикроорганизмРостовой субстратТрансформируемый субстратПродукты трансформации1234Nocardia corallina 1АГлюкоза, н-алканы и др. 3-метилпиридин Никотиновая кислотаNocardia corallina V-49н-гекса-декан п-Ксилол 3,6-диметилкатехолNocardia corallina V-49н-гекса-декан п-Ксилол Цис, цис - 1,3-диметилмуконовая кислотаNocardia corallina 1АБутират п-КсилолMycobacterium vaccae JOB-52-Метилбутан Циклогексан ЦиклогексанонPseudomonas methanica Метан Пропан ПропанолArthrobacter sp.Дрожжевой экстрактГекадеканСмесь 2-,3-,4- гесадеканоновCandida cloacae M-1 Ацетат ГексадеканТетрадекандикарбоновая кислотаNocardia corallina 1АГлюкоза, гексадекан п-Толуидин П-АцетаминтолуолPseudomonas ovalis 6-1ЭтанолPseudomonas ovalis 6-1ЭтанолCorynebacterium spГлюконатD-ксилозаКсилитPenicillium sp., Rhizopus sp.Сахароза
Таким образом, реакции кометаболизма очень разнообразны и часто встречаются в мире микроорганизмов. Характерная черта этих процессов - взаимосвязь между превращениями трансформируемых субстратов и косубстратов. Косубстраты можно разделить на три группы:
а) соединения, являющиеся легко используемыми субстратами для роста, но при росте на которых удельный выход продукта трансформации невысок - глюкоза, манит;
б) соединения, на которых культура слабо растет или вообще не растет, но активно трансформирует - мальтоза, глицерин, ксилоза;
в) соединения, являющиеся плохими субстратами как для роста, так и для трансформации - ацетат, этанол.
Особенность кометаболизма заключается в том, что субстрат не обязательно служит источником углерода. В некоторых случаях косубстрат претерпевает лишь частичные превращения, т.е. трансформируется, также как и основной трансформируемый субстрат, например, при окислении 3 - метилпиридина и п-ксилола культурой Nocardia corallina 1А в присутствии кислозы, которая превращается данным организмом в частично окисленные продукты.
В настоящее время выделяют три типа кометаболизма:
) трансформация основного субстрата в процессе роста микроорганизма за счет косубстрата;
) трансформация основного субстрата в процессе трансформации косубстрата, который в данном случае не является источником углерода;
) деградация основного субстрата в процессе роста культуры за счет косубстрата.
1.6 Политрансформации
Трансформация сложных органических молекул часто предполагает более чем одну ферментативную реакцию. В ряде случаев для получения практически ценных продуктов требуются весьма существенные перестройки молекулы субстрата, которые могут быть реализованы только действием комплекса ферментов. Отдельные трансформации, осуществляемые этими ферментами, могут относиться к различным классам, например окисление и гидролиз, или окисление, восстановление и гидролиз и т.п.
В тех случаях, когда не удается подобрать микроорганизм, осуществляющий сразу несколько превращений трансформируемого субстрата, или выход политрансформации монокультурой недостаточно высок, используют последовательно или одновременно несколько микроорганизмов.
При осуществлении последовательной трансформации возникают технологические трудности. При работе со смешанными культурами появляются проблемы, связанные с взаимодействием микроорганизмов. В ряде случаев в условиях совместного культивирования микроорганизмы функционируют иначе, чем в монокультуре. Культивирование в смеси может не только угнетать, но и индуцировать ферментативную активность.
2. Роль микробиологической трансформации