Научная статья на тему 'The influence of ferric (III) citrate on ATP-hydrolases of Desulfuromonas acetoxidans імv В-7384'

The influence of ferric (III) citrate on ATP-hydrolases of Desulfuromonas acetoxidans імv В-7384 Текст научной статьи по специальности «Биологические науки»

CC BY
130
38
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Журнал
Biosystems Diversity
ESCI
Область наук
Ключевые слова
АТФ-ГіДРОЛАЗА / ФЕРУМ (ІІІ) ЦИТРАТ / DESULFUROMONAS ACETOXIDANS ІМВ В-7384

Аннотация научной статьи по биологическим наукам, автор научной работы — Maslovska O., Hnatush S.

Desulfuromonas acetoxidans obtains energy for growth by the anaerobic oxidation of organic compounds with the carbon dioxide formation. It was found that ferrum and manganese are used as terminal electron acceptors in the processes of anaerobic respiration, such as dissimilative Fe 3+ and Mn 4+ -reduction, carried out by these bacteria (Lovely, 1991). D. acetoxidans ІМV B-7384 can be used as anode biocatalyst in microbial fuel cell with high electron recovery through acetate oxidation to the electric current as a result of electron transfer to the anode or 3d-type transition metals, such as ferrum and manganese, in the process of their reduction. Investigation of biochemical changes of D. acetoxidans ІМV B-7384 under the influence of Fe (III) compounds is important for optimization of the process of bacterial electricity generation. ATP-hydrolase is located in cytoplasmic membrane, and its subunits are exposed to both the cytoplasm and the external environment. Therefore, the changes of that enzyme activity can be used as an indicator of various stress exposure. Presence of ferric iron ions in the bacterial growth medium could catalyze generation of organic reactive oxygen species, such as peroxyl (ROO-) and alkoxyl (RO-) radicals. Lipid peroxidation is one of the main reasons of cell damage and it’s following death under the influence of reactive oxygen metabolites. It is known that lipid peroxidation and membrane transport processes are somehow interrelated, but mechanisms of such interaction are still unidentified. In our previous researche we have shown the influence of ferric (III) citrate on the intensity of lipid peroxidation of D. аcetoxidans ІМV В-7384. Significant increase of the content of lipid peroxidation products (lipid hydroperoxides, conjugated dienes and malondialdehyde) in bacterial cells has been observed under the addition of ferric (III) citrate into the cultural medium. The increase of the concentration of lipid peroxidation products in bacterial cells confirms free radical mechanism of oxidation of polyunsaturated fatty acids. Thus, for fulfiling complete analyses of cell response against oxidative stress it was reasonable to investigate the influence of ferric (III) citrate on specific ATP-hydrolase activity, Na +, K + -ATP-hydrolase activity and Mg 2+ -ATP-hydrolase activity of D. acetoxidans ІМV В-7384. Bacteria were cultivated in the modified Postgaite C medium during four days under the anaerobic conditions and temperature +27°С with addition from 10 to 20 mM of ferric (III) citrate into the growth medium. Control samples didn’t contain investigated metal salt. Chosen concentrations of metal salt caused inhibition of bacterial growth by 20–50%. Activities of ATP-hydrolases were investigated as described. It was shown, that specific ATP-hydrolase activity of D. acetoxidans ІМV В-7384 is changing in dependance on duration of ferric (III) citrate exposure and concentration of the metal salt. Addition of the ferric (III) citrate in relatively low concentrations (10–12 mM) causes increasing of specific ATP-hydrolase activity of D. acetoxidans IMV B-7384 in comparison with control. Activity of investigated enzymes was inhibited under the increasing of metal salt concentration in bacterial growth medium. Increase of duration of D. acetoxidans IMV B-7384 cultivation causes decrease of ATP-hydrolase activity. Addition of ferric (III) citrate causes simultaneous increasing of Na +, K + -ATP-hydrolase activity and inhibition of Mg 2+ -ATP-hydrolase activity during four days of bacterial cultivation. Keywords : ATP-hydrolase activity; ferric (III) citrate; Desulfuromonas acetoxidans ІМV В-7384

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «The influence of ferric (III) citrate on ATP-hydrolases of Desulfuromonas acetoxidans імv В-7384»

Вісник Дніпропетровського університету. Біологія, екологія. Visnik Dnipropetrovs’kogo universitetu. Seria Biologia, ekologia

Visnyk of Dnepropetrovsk University. Biology, ecology. 2013. 21(1)

ISSN 2310-0842

www.ecology.dp.ua

УДК 579.266.4

Вплив ферум (ІІІ) цитрату на АТФ-гідролази Desulfuromonas acetoxidans ІМВ В-7384

О.Д. Масловська, С.О. Гнатуш

Львівський національний університет імені Івана Франка, Львів, Україна

Досліджено вплив різних концентрацій ферум (ІІІ) цитрату на АТФ-гідролази Desulfuromonas acetoxidans ІМВ В-7384 протягом чотирьох діб культивування. Показано, що питома АТФ-гідролазна активність D. acetoxidans ІМВ В-7384 змінюється залежно від тривалості культивування та концентрації солі металу. Внесення ферум (ІІІ) цитрату у відносно низьких концентраціях (1012 мМ) спричиняє зростання питомої АТФ-гідролазної активності клітин D. acetoxidans ІМВ В-7384 порівняно з контролем. Зі збільшенням концентрації солі металу питома АТФ-гідролазна активність D. acetoxidans ІМВ В-7384 інгібується. Зі збільшенням тривалості культивування питома АТФ-гідролазна активність знижується. Внесення ферум (ІІІ) цитрату у середовище культивування спричиняє зростання Ма+, К-АТФ-азної активності одночасно з інгібуванням активності іЦ^2+-АТФ-гідролази протягом чотирьох діб культивування. Зміни активності АТФ-гідролаз можуть бути індикатором стресорного впливу, наприклад, токсичності важких металів.

Ключові слова: АТФ-гідролаза; ферум (ІІІ) цитрат; Desulfuromonas acetoxidans ІМВ В-7384

The influence of ferric (III) citrate on ATP-hydrolases of Desulfuromonas acetoxidans ІМV В-7384

O. Maslovska, S. Hnatush

Ivan Franko National University of Lviv, Lviv, Ukraine

Desulfuromonas acetoxidans obtains energy for growth by the anaerobic oxidation of organic compounds with the carbon dioxide formation. It was found that ferrum and manganese are used as terminal electron acceptors in the processes of anaerobic respiration, such as dissimilative Fe3+- and M/+-reduction, carried out by these bacteria (Lovely, 1991). D. acetoxidans ІМУ B-7384 can be used as anode biocatalyst in microbial fuel cell with high electron recovery through acetate oxidation to the electric current as a result of electron transfer to the anode or 3d-type transition metals, such as ferrum and manganese, in the process of their reduction. Investigation of biochemical changes of D. acetoxidans ІМУ B-7384 under the influence of Fe (III) compounds is important for optimization of the process of bacterial electricity generation. ATP-hydrolase is located in cytoplasmic membrane, and its subunits are exposed to both the cytoplasm and the external environment. Therefore, the changes of that enzyme activity can be used as an indicator of various stress exposure. Presence of ferric iron ions in the bacterial growth medium could catalyze generation of organic reactive oxygen species, such as peroxyl (ROO-) and alkoxyl (RO-) radicals. Lipid peroxidation is one of the main reasons of cell damage and it’s following death under the influence of reactive oxygen metabolites. It is known that lipid peroxidation and membrane transport processes are somehow interrelated, but mechanisms of such interaction are still unidentified. In our previous researche we have shown the influence of ferric (III) citrate on the intensity of lipid peroxidation of D. аcetoxidans ІМУ В-7384. Significant increase of the content of lipid peroxidation products (lipid hydroperoxides, conjugated dienes and malondialdehyde) in bacterial cells has been observed under the addition of ferric (III) citrate into the cultural medium. The increase of the concentration of lipid peroxidation products in bacterial cells confirms free radical mechanism of oxidation of polyunsaturated fatty acids. Thus, for fulfiling complete analyses of cell response against oxidative stress it was reasonable to investigate the influence of ferric (III) cit-

Львівський національний університет імені Івана Франка, пр. Червоної Калини, 121/39, Львів, 79049, Україна. Тел.: +38-098-861-60-98. E-mail: [email protected]

Ivan Franko National University of Lviv, Chervona Kalyna str. 121, of. 39, Lviv 79049, Ukraine.

Tel.: +380988616098. E-mail: [email protected]

© О.Д. Масловська, С.О. Гнатуш

rate on specific ATP-hydrolase activity, Na+, K-ATP-hydrolase activity and Mg2+-ATP-hydrolase activity of D. acetoxidans ІМУ В-7384. Bacteria were cultivated in the modified Postgaite C medium during four days under the anaerobic conditions and temperature +27°С with addition from 10 to 20 mM of ferric (III) citrate into the growth medium. Control samples didn’t contain investigated metal salt. Chosen concentrations of metal salt caused inhibition of bacterial growth by 20-50%. Activities of ATP-hydrolases were investigated as described. It was shown, that specific ATP-hydrolase activity of D. acetoxidans ІМУ В-7384 is changing in dependance on duration of ferric (III) citrate exposure and concentration of the metal salt. Addition of the ferric (III) citrate in relatively low concentrations (10-12 mM) causes increasing of specific ATP-hydrolase activity of D. acetoxidans IMV B-7384 in comparison with control. Activity of investigated enzymes was inhibited under the increasing of metal salt concentration in bacterial growth medium. Increase of duration of D. acetoxidans IMV B-7384 cultivation causes decrease of ATP-hydrolase activity. Addition of ferric (III) citrate causes simultaneous increasing of Na+, K-ATP-hydrolase activity and inhibition of Mg2+-ATP-hydrolase activity during four days of bacterial cultivation.

Keywords: ATP-hydrolase activity; ferric (III) citrate; Desulfuromonas acetoxidans ІМУ В-7384

Вступ

Бактерії роду Desulfuromonas, подібно до інших бактерій, що відновлюють сірку, мають унікальний метаболізм. Вони використовують велику різноманітність органічних сполук для відновлення сірки до сульфіду. Бактерії Desulfuromonas acetoxidans одержують енергію при окисненні ацетату до діоксиду карбону за анаеробних умов (Gebhardt et al., 1985). Клітини D. acetoxidans швидко відновлюють розчинний Fe (ІІІ) за присутності ацетату, тоді як за його відсутності відновлення Fe (ІІІ) є незначним (Lovely, 1991). Етанол, пропанол, піруват і бутанол також є донорами електронів у процесі Fe (ІІІ)-редукції (Lovely, 1991; Barton, 2004; Lovely et al., 2004). Проблема дослідження взаємодії сірковідновлювальних бактерій із металами актуальна, оскільки використання цих мікроорганізмів, резистентних до високих концентрацій токсичних металів у навколишньому середовищі, дасть змогу нейтралізувати токсичність кінцевого продукту дисиміляційного відновлення сірки (гідроген сульфіду) та іонів металів унаслідок їх часткового зв’язування з утворенням нерозчинних осадів. Бактерії Desulfuromonas acetoxidans ІМВ В-7384 також розглядають як високоефективний біокаталізатор для мікробно-анодних паливних елементів, що забезпечують формування електричного струму при окисненні органічного карбону, внаслідок переміщення електронів при процесах відновлення перехідних металів 3d-типу, зокрема феруму та мангану (Zhang et al., 2006; Vasyliv et al., 2012). Дослідження змін біохімічних властивостей у клітинах D. acetoxidans ІМВ В-7384 за впливу сполук Fe (ІІІ), залежно від їх концентрації у середовищі, є важливим для оптимізації процесів екзоелектрогенезу.

Аденозинтрифосфатгідролаза (АТФ-гідролаза) -

один із ключових ферментів енергетичного метаболізму клітини, завдяки якому відбувається формування різниці електрохімічних потенціалів на мембрані (Yoshimura et al., 1978; Hasan et al., 1979; Kuhlbrandt, 2004). Фермент локалізується у плазматичній мембрані таким чином, що його субодиниці експоновані як до цитоплазми, так і до зовнішнього середовища, тому його активність може бути використана як індикатор будь-якого стресорного впливу. Тобто чутливість мембранних ферментних систем можна використовувати, з одного боку, як індикатор токсичності стресора до певного виду мікроорганізмів, наприклад, токсичності важких металів, а з іншого - як критерій біологічного потенціалу резистентності мікроорганізмів. Тому мета даної роботи - охарактеризувати зміни питомої АТФ-гідролазної активності, Mg2+-залежної АТФ-гідролазної активності та Na+, K -АТФ-

гідролазної активності D. acetoxidans ІМВ В-7384 за впливу різних концентрацій ферум (ІІІ) цитрату залежно від тривалості культивування.

Матеріал і методи досліджень

Для досліджень використовували бактерії Desulfuromonas acetoxidans ІМВ В-7384, виділені з озера Яворівське, одержані в чистій культурі й ідентифіковані на кафедрі мікробіології Львівського національного університету імені Івана Франка. Бактерії вирощували на модифікованому середовищі Постгейта С. Донором і акцептором електронів був фумарат (42 мМ). Біомасу визначали фотометруванням (Vasyliv and Hnatush, 2011). Для отримання мембранної фракції клітини руйнували ультразвуком і центрифугували за схемою, поданою нижче. Відмиті від культуральної рідини та ресуспендо-вані в буфері А (10 мМ трис-НСІ, рН 7,4; 4 мМ Mg02; 1 мМ феназинметилсульфонілфторид; 1 мМ дитіотреї-тол) клітини руйнували ультразвуком (дезінтегратор УЗДН - 1, 22 кГц, сила анодного струму 0,4-0,7 А, резонансні умови) 3,0-3,5 хв. Отриманий таким чином дис-пергат центрифугували 15-20 хв (6 000 об./хв). Осад (залишки клітин і фрагменти клітинних оболонок) відкидали, а надосадову рідину повторно центрифугували при 12-15 тис. об./хв при +4 °С 30 хв на центрифузі ЦР-2. Кількісно субклітинні препарати характеризували за наявністю в них білка, який визначали методом Лоурі (Lowry et al., 1951).

Визначення загальної АТФ-гідролазної активності проводили у стандартному середовищі інкубації (об’єм - 0,4 мл) такого складу: 5 мМ АТФ, 5 мМ MgCl2, 50 мМ NaCl, 100 мМ KCl, 1 мМ етиленглікольтетраацетат (ЕГТА), 20 мМ трис-НСІ, рН 7,4 та дигітонін 0,01%. Кількість білка мембранної фракції у пробі (у середньому) становила 25 мкг/мл, тривалість інкубації - 15 хв, температура - +27 °С. Контролем (на неферментативний гідроліз АТФ та вміст ендогенного фосфору) були проби, що за своїм складом відповідали стандартному середовищу інкубації, але містили мембранний препарат, АТФ-гідролазну активність якого попередньо інактиву-вали 10% розчином трихлороцтової кислоти. АТФ-гідролазну реакцію ініціювали внесенням до середовища інкубації аліквоти (30 мкл) суспензії мембранного препарату, ферментативний процес гальмували додаванням до розчину 1 мл охолодженого до +8 °С 10% розчину трихлороцтової кислоти (Danilovich et al., 2004; Danilovich et al., 2007). Вміст неорганічного фосфору визначали за модифікованим методом Фіске - Суббароу (Fiske and Subbarow, 1925).

Mg2+-залежну АТФ-азну активність обчислювали як різницю між загальною АТФ-азною активністю та контрольним показником. У разі використання стандартного середовища інкубації кальцієвий хелатор ЕГТА в концентрації 1 мМ, як відомо, надійно забезпечує зв’язування ендогенних іонів Ca2. Отже, за таких умов йдеться про визначення саме Со2+-незалежної М?2+-залежної' АТФ-азної ферментативної активності (Danilovich et al., 2004).

Визначення активності Na+, K+ -АТФ-ази базується на здатності серцевого глікозиду уабаїну інгібувати цей фермент (Danilovich et al., 2004). Для цього визначали активність мембранного препарату в інкубаційному середовищі без додавання уабаїну та паралельно вимірювали АТФ-азну активність за присутності глікозиду (1 мМ). Na+, K+ -АТФ -азну активність визначали як різницю величини активності у середовищі з уабаїном і без нього.

Статистичне опрацювання результатів проводили з використанням критерію Стьюдента (Lakin, 1990).

Результати та їх обговорення

Функціональна необхідність феруму як чинника, що відіграє важливу роль в окисно-відновних процесах у ряді біохімічних реакцій, безперечна. Однак іони феру-му можуть каталізувати вільнорадикальне перекисне окиснення ліпідів. Іони феруму у середовищі культивування бактерій стимулюють утворення пероксидних радикалів та органічних активних метаболітів, таких як пероксил (ROO) та алкоксил (RO) радикали (Papanikolaou and Pantopoulos, 2005). Однією з основних причин пошкодження та загибелі клітин унаслідок дії АМК вважають перекисне окиснення ліпідів. Перекисне окиснення ліпідів (ПОЛ) - частина метаболічних реакцій, які відбуваються у клітині; інтенсивність ПОЛ залежить від ненасиченості, в’язкості, гідрофобності ліпідів. Ці характеристики досить стаціонарні, контролюються системою антиоксидантного захисту, що включає ферментативні та неферментативні компоненти (Golovchak et al., 2012). Однак якщо генерація активних метаболітів кисню збільшується чи знижується потужність систем їх деградації або ці два процеси відбуваються одночасно, спричиняється оксидативний стрес. За цих умов відбувається підвищення стаціонарної концентрації АМК (Semchyshyn and Lushchak, 2004).

Беззаперечним є твердження про те, що процеси мембранного транспорту та процеси пероксидного оки-снення ліпідів та білків певним чином взаємопов’ язані, проте невстановленими залишаються механізми перебігу даних процесів (Zyn, 2012). Нами досліджено вплив ферум (ІІІ) цитрату на інтенсивність перекисного окис-нення ліпідів та показники системи антиоксидантного захисту клітин D. acetoxidans ІМВ В-7384 за впливу ферум (ІІІ) цитрату. За внесення солі металу в культураль-не середовище спостерігали зростання вмісту гідроперо-ксидів ліпідів, дієнових кон’ югатів і малонового діаль-дегіду у клітинах D. cicetoxidans ІМВ-В7384, що підтверджує вільнорадикальний механізм окиснення полінена-сичених жирних кислот (Maslovska and Hnatush, 2013). З огляду на вищезазначене доцільно дослідити зміни питомої АТФ-гідролазної активності, М^-залежної

АТФ-гідролазної активності та Na+, K+-АТФ-гідролазної активності D. acetoxidans ІМВ В-7384 за впливу ферум (ІІІ) цитрату.

Для дослідження впливу ферум (ІІІ) цитрату на активність АТФ-гідролаз D. acetoxidans ІМВ В-7384 у куль-туральне середовище вносили 10-20 мМ солі металу. У контроль солі металу не вносили. Ці концентрації фе-рум (ІІІ) цитрату спричиняють інгібування росту культури на 20-50%.

Питома АТФ-гідролазна активність D. acetoxidans ІМВ В-7384, вирощених без внесення ферум (ІІІ) цитрату, знижувалася зі збільшенням тривалості культивування (рис. 1). Так, на другу добу культивування питома АТФ-гідролазна активність становила 4,29 ± 0,095 мкмоль/ хв/мг білка. На третю добу спостерігали зниження активності ферменту до 2,40 ± 0,065, а на четверту - 2,06 ± 0,085 мкмоль/хв/мг білка.

Внесення ферум (ІІІ) цитрату у концентрації 10 мМ на другу добу культивування зумовлювало незначне зниження питомої АТФ-гідролазної активності порівняно з контролем (рис. 1). На третю добу культивування за впливу цієї концентрації солі металу питома АТФ-гідролазна активність зростала в 1,5 раза порівняно з контролем. На четверту добу культивування спостерігали зниження активності ензиму порівняно з контролем в 1,3 раза. Подібні зміни питомої АТФ-гідролазної активності D. acetoxidans ІМВ В-7384 спостерігали і за внесення 12 мМ ферум (ІІІ) цитрату. Внесення 16 мМ ферум (ІІІ) цитрату у середовище культивування бактерій D. acetoxidans ІМВ В-7384 зумовлювало значне інгібування питомої АТФ-гідролазної активності порівняно з контролем. Вже на другу добу культивування питома активність ензиму знизилася в 2,5 раза. За збільшення тривалості культивування до чотирьох діб спостерігали інгібування АТФ-гідролазної активності утричі. Внесення 20 мМ ферум (ІІІ) цитрату на другу добу культивування зумовлювало зниження питомої АТФ-гідролазної активності D. acetoxidans ІМВ В-7384 в 1,8 раза порівняно з контролем. Однак на третю та четверту доби питома активність ферменту бактерій D. acetoxidans ІМВ В-7384, вирощених за впливу 20 мМ ферум (ІІІ) цитрату, практично не відрізнялася від контролю.

У роботі Danilovich et al. (2004) досліджено каталітичні властивості Са2+-незалежної Mg2+-залежної АТФ-гідролази (М?2+-АТФ-гідролази) Bacillus sp. В4253. Авторами припущено, що азидчутлива компонента АТФ-гідролазної активності пов’ язана з функціонуванням ланцюга транспортування електронів у бактеріальній мембрані і є АТФ-азою FoFi типу, подібною до міто-хондріальної Я+-АТФ-ази. Азидрезистентній компоненті АТФ-гідролазної активності притаманна базальна Mg2+-АТФ-азна активність, функцію якої у клітинах прокаріотів не досліджено (Danilovich et al., 2004). У цій роботі нами досліджено вплив ферум (ІІІ) цитрату на сумарну активність М?2+-АТФ-гідролази D. acetoxidans ІМВ В-7384. Найвищу М^-АТФ-гідролазну активність D. acetoxidans ІМВ В-7384, вирощених без внесення ферум (ІІІ) цитрату в культуральне середовище, спостерігали на другу добу культивування. На третю та четверту доби культивування М?2+-АТФ-гідролазна активність знижувалася, порівняно з показником активності на другу добу культивування.

U 2 доба □ З доба

К 10 12 16 20

Концентрація ферум (III) цитрату, мМ

Рис. 1. Вплив ферум (ПІ) цитрату на питому АТФ-гідролазну активність D. acetoxidans ІМВ В-7384

За впливу ферум (ІІІ) цитрату Ц^-АТФ-гідролазна активність залежала від тривалості культивування та концентрації солі металу (рис. 2). Найвищу Mg^+-АТФ-гідролазну активність відмічено на другу добу культивування за усіх досліджуваних концентрацій. За збільшення тривалості культивування до чотирьох діб спостерігали зниження активності ферменту порівняно з другою добою культивування. Внесення 10 мМ ферум (ІІІ) цитрату зумовлювало зниження активності ферменту на другу добу культивування порівняно з контролем. На третю добу культивування за впливу такої концентрації солі металу спостерігали незначне зростання Mg2+-АТФ-гідролазної активності порівняно з контрольним зразком. На четверту добу культивування за впливу 10 мМ ферум (ІІІ) цитрату активність Mg!+-АТФ-гідролази знижувалася порівняно з контролем на 30%. За внесення 12 мМ ферум (ІІІ) цитрату в культуральне середовище активність ^Уg2+-АТФ-r'ідролази D. acetoxidans ІМВ В-7384 на другу та третю доби культивування майже на відрізнялася від контролю. На четверту добу культивування спостерігали зниження активності ферменту на 30% порівняно з контролем.

Внесення 16 та 20 мМ ферум (ІІІ) цитрату зумовлювало значне (52 і 54% відповідно) інгібування Mg?+-АТФ-гідролазної активності порівняно з контролем протягом чотирьох діб культивування. Можливо, за впливу таких концентрацій солі металу кількість утворених активних метаболітів кисню перевищує потужність систем їх деградації. У кінцевому результаті створений дисбаланс викликає підвищення стаціонарної концентрації активних метаболітів кисню, які інгібують активність іУ^+-АТФ-гідролази (Semchyshyn and Lushchak, 2004).

АТФ-ази P-типу - велика родина мультидоменних білків, які транспортують іони проти градієнта концентрації, використовуючи енергію гідролізу АТФ. Субстратами для цих АТФ-аз є катіони Н+, Na+, К, Mg2+, Са2+, Cu+, Ag+, Zn2+, Cd2+, Co2+ і Pb2+. Na+, £+-АТФ-аза є відомими представником родини АТФ-аз P-типу (Maeda

й аі., 1998). Цей фермент відіграє важливу роль у регулюванні внутрішньоклітинного іонного балансу. Відомо, що активність Ла+, К-АТФ-ази змінюється за дії різних ендогенних і екзогенних факторів, таких як рН, температура, концентрація АТФ, катіонів Мё2+ тощо. Ці фактори впливають як на фермент на рівні самого каталітичного циклу, так і на організацію АТФ-ази (2уп, 2012). Під час дослідження Ла+, К-АТФ-азної активності клітин Б. acetoxidans ІМВ В-7384, вирощених без внесення ферум (ІІІ) цитрату у культуральне середовище, найвищу питому активність ензиму спостерігали на другу добу культивування (рис. 3).

Зі збільшенням часу культивування до чотирьох діб Ла+, К-АТФ-азна активність знижувалася. Можливо, коливання активності Ла+, К-АТФ-ази протягом клітинного циклу пов’язані також зі змінами білок-ліпідного складу плазматичної мембрани (2уп, 2012). Внесення ферум (ІІІ) цитрату у концентраціях від 10 до 20 мМ спричиняло зростання Ла+, К-АТФ-азної активності, порівняно з контролем протягом чотирьох діб культивування. Так, за внесення ферум (ІІІ) цитрату у концентрації 10 мМ на другу добу культивування спостерігали зростання активності Ла+, К -АТФ-ази в 0,3 раза, на третю - у 2,6, а на четверту - 4,7 раза порівняно з контролем.

За внесення 20 мМ ферум (ІІІ) цитрату активність Ла+, К-АТФ-ази протягом чотирьох діб залишалася 1,12 мкмоль/хв/мг білка. Відомо, що Ла+, К-АТФ-аза дуже чутлива до окиснення вільними радикалами. У результаті атаки вільних радикалів Ла+, К-АТФ-аза уповільнює активний транспорт іонів і втрачає гідролітичну активність. Припускаємо, що зростання активності Ла+, К-АТФ-ази за впливу різних концентрацій фе-рум (ІІІ) цитрату може бути зумовлене змінами властивостей мембранних білків і ліпідів унаслідок дії активних метаболітів кисню. Такі зміни викликають зменшення мікров’язкості мембран, зумовлюють підвищення активності Ла+, К-АТФ-ази (2уп, 2012).

■ 2 доба

□ З доба

□ 4 доба

Концентрація ферум (Ш) цитрату, мМ

Рис. 2. Вплив ферум (ІІІ) цитрату на Mg +-АТФ-гідролазну активність D. acetoxidans ІМВ В-7384

■ 2 доба

□ 3 доба

□ 4 доба

К 10 12 16

Концентрація ферум (Ш) цитрату, мМ

Рис. 3. Вплив ферум (ІІІ) цитрату на Na+, К+-АТФ-азну активність D. acetoxidans ІМВ В-7384

Висновки

Питома АТФ-гідролазна активність Б. acetoxidans ІМВ В-7384 змінюється залежно від тривалості культивування та концентрації солі металу. Внесення ферум (ІІІ) цитрату у відносно низьких концентраціях (1012 мМ) спричиняє зростання питомої АТФ-гідролазної активності клітин Б. acetoxidans ІМВ В-7384 порівняно з контролем. За збільшення концентрації солі металу питома АТФ-гідролазна активність Б. acetoxidans ІМВ В-7384 інгібується. Зі збільшенням тривалості культивування питома АТФ-гідролазна активність знижується. Внесення ферум (ІІІ) цитрату у середовище культивування спричиняє зростання Ла+, К -АТФ-азної активності одночасно з інгібуванням активності Mg2+-NIФ-гідролази протягом чотирьох діб культивування.

Бібліографічні посилання

Danilovich, G.V., Gruzina, T.G., Ulberg, Z.R., Kosterin, S.O., 2004. Identification and catalytic properties of Mg2+-dependent ATP-hydrolase of plasmic membrane of Bacillus sp. B4253 capable to gold accumulation [Іdentifіkacіja ta katalitichm vlastivosti Mg2+-zalezhnoi ATF-gidrolazi cito-plazmatichnoi membrani Bacillus sp. B4253, zdatnih do na-kopichennja zolota]. Ukr. Biochem. J. 76(5), 45-51 (in Ukrainian).

Danilovich, G.V., Gruzina, T.G., Ulberg, Z.R., Kosterin, S.O., 2007. Effect of ionic and colloid gold on ATP-hydrolase fermentative systems of Bacillus sp. В4253 and Bacillus sp. В4851 [Vpliv ionnogo ta koloidnogo zolota na ATF-gidrolazni fermentai sistemi v membrani mikroorganizmiv Bacillus sp. B4253 ta Bacillus sp. B4851]. Ukr. Biochem. J. 79(4), 46-53 (in Ukrainian).

Barton, L., 2007. Sulfate-reducing bacteria: Environmental and engineered systems. New York, USA, Cambridge University Press.

Fiske, C., Subbarow, Y., 1925. The colorimetric determination of phosphorus. J. Biol. Chem. бб, 375-400.

Gebhardt, N., Thauer, R., Linder, D., Kaulfers, P., Pfenning, N., 1985. Mechanism of acetate oxidation to CO2 with elemental sulfur in Desulfuromonas acetoxidans. Arch. Microbiol. 141, 392-398.

Golovchak, N.P., Tarnovs’ka, A.V., Kocjumbas, G.L, Sana-gurs’kij, D.L, 2012. Lipid peroxidation in living organisms [Procesey perekisnogo okisnennja ^dlv u zhivih organízmah]. Lviv, Ivan Franko Lviv National University (in Ukrainian).

Hasan, S., Rosen, B., 1979. Properties and function of the proton-translocating adenosine triphosphatase of Clostridium perfringens. J. Bacteriol. 140(2), 745-747.

Maeda, M., Hamano, K., Hirano, Y., 1998. Structures of P-type transporting ATP-ases and chromosomal locations. Cell Structure and Function 23, 315-323.

Maslovska, O., Hnatush, S., 2013. The influence of ferric (III) citrate on the intensity of lipid peroxidation and activity of antioxidative system of Desulfuromonas acetoxidans (Proc. 5th Ukrainian-Polish Weigl Conference). Chernivtsi, Ukraine, 4б.

Kuhlbrandt, W., 2004. Biology, structure and mechanism of P-type of ATP-ases. Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 5, 282-295.

Lakin, G.F., 1990. Biometrija [Biometrics]. Moscow, Vysshaja Shkola (in Russian).

Lovely, D., Holmes, D., Nevin, K., 2004. Dissimilatory Fe (III) and Mn (IV) reduction. Adv. Microb. Physiol. 49, 24б-259.

Lovely, D., 1991. Dissimilatory Fe (III) and Mn (IV) reduction. МюгоЬю!. Rev. 55(2), 259-287.

Lowry, O., Rosenbrough, N., Farr, L., Randall, R., 1951. Protein measurement, with the folin phenol reagent. J. Biol. Chem. 193, 265-275.

Papanikolaou, G., Pantopoulos, K., 2005. Iron metabolism and toxicity. Toxicol. Appl. Pharmacol. 202, 199-211.

Semchyshyn, H.M., Lushchak, V.I., 2004. Oxidative stress and control of catalase activity in Escherichia coli [Oksidativnij stres і reguljatija aktivnosti katalaz u Escherichia coli]. Ukr. Biochem. J. 76(2), 31-42 (in Ukrainian).

Vasyliv, O., Hnatush, S., 2011. Effect of transition metal compounds on catalase activity of sulfur-reducing bacterial Desulfuromonas acetoxidans cells. Visn. Lviv Univ. Biol. 57, 207-215.

Vasyliv, O., Bilyy, O., Ferensovich, J., Hnatush, S., 2012. Electric current generation by sulfur-reducing bacteria in micro-bial-anode fuel cell (Proc. SPIE). San-Diego, USA, 2012. 8472, 84720Z-1-7.

Zhang, E., Xu, W., Diao, G., Shuang, C., 2006. Electricity generation from acetate and glucose by sedimentary bacterium attached to elecrode in microbial-anode fuel cells. J. Power Sourses 161, 820-825.

Yoshimura, F., 1978. Properties of membrane adenosine triphosphatase of the obligately anaerobic bacteria Veil-lonella alcalescenes. J. Biochem. 83, 1231-1238.

Zyn, A., 2012. Prooxidant-antioxidant homeostasis and membrane transport in living organisms [Prooksidantno-antioksidantnij gomeostaz і membrannij transport u zhivih orgamzmah]. Visn. Lviv Univ. Biol. 60, 20-39 (in Ukrainian).

Надійшла до редколегії 21.02.2013

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.