Биохимические аспекты взаимодействия ЭДТА с клетками Streptomyces rubiginosus Ас 836 Текст научной статьи по специальности «Фундаментальная медицина»

УДК 577.15:576.8 С. В. Борисова

БИОХИМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ЭДТА С КЛЕТКАМИ Streptomyces rubiginosus Ас 836

Ключевые слова: микроорганизмы, рост, ГлИ активность, хелатирующий агент.

Исследовано влияние хелатирующего агента ЭДТА на рост и ГлИ активность штамма Streptomyces rubiginosus Ас 836. Показано воздействие ЭДТА на рост и ГлИ активность штамма Streptomyces rubiginosus Ас 836 посредством изменения транспорта Na+, K+, Са2+.

Keywords: microorganisms, growth, Gly activity, chelating agent.

The effect of the chelating agent EDTA on the growth and Gly activity strain Streptomyces rubiginosus Ac 836 have been researched. EDTA effect on the growth and Gly activity strain Streptomyces rubiginosus Ac 836 by changing the transport Na+ K+ Са2+has been shown.

Введение

Из литературы известна роль свободных Са2+ в регуляции биохимических процессов живых клеток в качестве вторичного мессенджера [1]. Установлено, по меньшей мере, наличие семи систем, функционирующих на основе четырех биохимических механизмов, регулирующих концентрацию Са2+ в клетке. Например, поступление Са2+ в клетку осуществляется по Са2+-зависи-мым каналам, время открытости которых регулируется цАМФ и Са2+-зависимым фосфорили-рованием белков этих каналов [2]. Внешний сигнал вызывает увеличение концентрации Са2+ в клетке на несколько порядков, и Са2+-зависимое фосфорили-рование различных белков вызывает клеточный ответ. После этого Са2+ удаляются из клетки прежде всего №+/Са2+-обменником, который обменивает три-четыре №+ на один Са2+ (работа обменника зависит от величины и направления градиента №+), затем - Са2+-АТФазой. Кроме того, Са2+ связываются различными Са2+-зависимыми белками. Для клетки очень важна регуляция ионного гомеостаза; изменение транспорта одних ионов ведет к изменению транспорта и содержания других ионов. Поскольку существует множество транспортных систем, связанных с изменением внутри-клеточной концентрации Са2+, то изменение внутриклеточного содержания Са2+ не может не отразиться на уровне ионного гомеостаза клеток, что непосредственно связано с регуляцией клеточного метаболизма в целом [3].

Экспериментальная часть

Цель работы состояла в изучении влияния хелатирующего агента ЭДТА (этилиденди-фосфоновой кислоты), способного изменять катионный состав среды, на рост биомассы и ГлИ (глюкозоизомеразную) активность штамма Streptomyces rubiginosus Ас 836. Исследования проводились с использованием питательных сред, приготовленных на дистиллированной воде, а добавление хелатирующего агентов ЭДТА производили в период экспоненциальной фазы роста.

Экспериментальные данные по изменению уровня биомассы штамма & rubiginosus Ас 836, ГлИ активности и транспорта ионов Са2+, №+, К+ от концентрации ЭДТА представлены в таблице 1.

Таблица 1 - Влияние ЭДТА на клетки штамма S. rubiginosus Ас 836

Концентрация ЭДТА (с), г/л Биомасса (х), г/л ГлИ активность (Е), % к конт. Са2+, % к конт. % к конт. K+, % к конт.

0,01 103±3,1 120±4,8 90±2,2 87±2,2 80±2,0

0,1 102±3,1 225±9,0 190±5,0 96±2,4 50±1,2

0,3 98±2,9 123±4,9 137±3,4 98±2,4 50±1,3

0,6 82±2,2 103±4,1 90±2,2 98±2,5 50±1,3

1,2 57±1,7 102±4,1 90±2,3 98±2,4 50±1,3

2,0 41±1,2 101±4,1 90±2,2 99±2,5 50±1,2

Как видно из приведенных данных, ЭДТА ингибировал роста стрептомицетов. Особенно это было выражено в области высоких концентраций ЭДТА (0,6-2,0 г/л); уровень биомассы снижался более, чем в 2 раза при добавлении ЭДТА в среду культивирования в концентрации 2,0 г/л. Такой эффект, скорее всего, связан с воздействием этого хелатирующего агента на ионы металлов, входящих в состав активных центров ферментов клеточного метаболизма. ЭДТА, являясь универсальным хелатирующим агентом, извлекает катионы из среды, что, в свою очередь, оказывает влияние на ферментные системы микроорганизмов. Например, Со2+ входят в активный центр фосфатаз - ферментов, участвующих в процессах дефосфорилирования белков и фосфомоноэфиров [4, 5], а снижение активности данных ферментов в результате возможного действия ЭДТА отражается на уровне биомассы микроорганизмов.

Следует отметить, что в присутствии ЭДТА в концентрации 0,1 г/л наблюдался резкий всплеск ГлИ активности. В этой же концентрации данного хелатирующего агента имело место и максимальное поглощение Са2+ клетками стрептомицетов. Увеличение входа

Са2+

в клетки может быть связано с изменением потенциала на клеточной мембране [6] в присутствии ЭДТА и созданием оптимальных

условий в концентрации 0,1 г/л для транспорта Са + внутрь клеток через потенциал-зависимые Са2+-каналы. Дальнейшее увеличение концентрации ЭДТА не оказывало существенного влияния на транспорт Са2+ и ГлИ активность.

Из литературы известно [7, 8], что регуляция поступления Са2+ в клетки может быть связана с работой различных ферментных систем. Характер изменения полученных зависимостей изменения ГлИ активности и транспорта Са2+ от концентрации ЭДТА, скорее всего, связан с тем, что регуляция поступления Са2+ в клетки стрептомицетов и активация ГлИ может быть связана с Са2+-зависимым фосфорилированием или самого фермента, или белков, участвующих в биосинтезе глюкозоизомеразы. Следовательно, всплеск ГлИ активности в концентрации ЭДТА 0,1 г/л может быть связан как с интенсификацией синтеза ГлИ, так и с Са2+-зависимой регуляцией ее активности.

Транспорт Са2+ тесно связан с транспортом других ионов. Например, активность Na /Са2 -антипортера связывает транспорт Са2+ и Na+, а К+/№+-АТФаза - транспорт К+ с Na+.

В присутствии ЭДТА в интервале концентраций 0,01-0,2 г/л наблюдалось снижение выхода К+ и одновременное усиление выхода Na+. При дальнейшем увеличении концентрации ЭДТА транспортные процессы Na+, К+ стабилизировались.

Транспорт Na+, К+, Са2+ может регулироваться рядом механизмов. К ним относятся антипортерные системы K+/Na+, H+/K+, Са2+/К+, Са2+/№+. При работе K+/Na+-АТФазы эквивалентное количество Na+ заменяется на эквивалентое количество К+ (Na+ - выходит, а К+ - входит). При

© С. В. Борисова - канд. техн. наук. доц. каф. технологии пищевых производств КНИТУ, borsv@rambler.ru.

© S. Borisova - Candidate of Siences (Ph.D.) in Ingineering, Docent (Associated Professor) in Department of Technology of Food Productions from Faculty of Food Technology in KNRTU, borsv@rambler.ru.

работе Са2+/К+, Са2+/Н+-антипортеров происходит замена одного Са2+ на два K+ или Н+, Ca2+/Na+-антипортера - на три - четыре Na+.

Следовательно, регуляция активности ГлИ имеет сложный характер, причем на активность ГлИ оказывает влияние концентрация Са2+ во внешней среде; так же, как в работе [9] при исследовании дегидрогеназ. При этом транспорт Са2+ связан с транспортом других катионов: K+ и Na+.

Таким образом, с учетом полученных результатов, активность исследуемого фермента ГлИ может регулироваться через Са2+-зависимое фосфорилирование.

Литература

1. H. Rasmussen, P.Q. Barret, Physiol. Rev., 64, 3, 938-984 (1984).

2. P. Coroni, E. Carafoli, J. Biol. Chem., 256, 9371-9373 (1981).

3. A.M. Веренников, И.И. Морахов, Транспорт ионов у клеток в культуре. - M.: Наука, 1986. - 291 с.

4. N.B. Madsen, P.J. Kasvinsky, R.J. Fletterick, Nature, 253, 9097-9103 (1978).

5. I.T. Weber, L.N. Jonson, K.S. Willson, Nature, 274, 433437 (1978).

6. С.Н. Орлов, Итоги науки и техники. Общие проблемы физико-химической биологии, 8, 212 (1987).

7. В.П. Кухарь, А.И. Луйек, С.Е. Могилевич и др., Химия биорегуляторных процессов. - Киев: Наук. Думка, 1991. - 368 с.

9. О.В. Старовойтова, С.В. Борисова, Вестн. Казан.

технол. ун-та, 14, 16, 167-172 (2011). 9. F. Guerrini, A. Lombini, M. Bizzarri et.al., J. Exp. Botany, 45, 278 (1994).