Клеточная оболочка грибов

Довольно большую долю массы сухого мицелия грибов состав­ляет их клеточная стенка, а именно ох 5 до 15%. Состав ее сильно варьирует и часто весьма специфичен для определенных таксоно­мических групп грибов. Это можно видеть tt3 примеров ее состава у представителей дрожжей, хитридиевых и мукоровых грибов — зигомицетов, приведенного в табл. 1.3 (Aronson, 1965).

Таблица 1.3

Химический состав клеточной стенкн грибов в % от сухого веса их оболочки (Aronson, 1965)

Составные части

Saccharomyces

cerevщsiae

(пекарские

дрожжи)

Allomyces

macrogynus

Mucor reuxii (миделиальиая форма)

Азот…………………………..

2,1

5.5

, .

Фосфат…………………………………

0,31

23,3

Липоиды…………………….

8,5

7,8

Протеин………………………..

13,5

10.0

6,3

Хитин……………………………

1,0

58.0

9,4-

Хитозан…………………………………..

32.7

Глюкан…………………………………….

28,8

16.0

Маннаи……………………………………

31.0

3,*

Другие углеводы…….

….

9,5

Золе………………………………………..

8,0

2,0*

Литература………………………………

Northcotc.

Aronson

Bartnicki-Garaa,

Horne, 1952

Mach lis, 195Ф

Nickerson, 1965

* Количество золы без фосфатов.

Структурно оболочки грибов построены на основе двухфазной системы, в которой имеются микрофибриллы, включенные в аморф­ную массу матрикса. По данным электронной микроскопии, она состоит не менее чем из двух слоев с различно направленной ориентацией фибрилл. Внутренний слой обычно ориентирован по главной оси клетки, наружные—под углом к ней (рис. 1.1).

,Ascomycetes

 

Basidiomycetes

 

Рис. 1.2. Строение пор в клеточ­ных перегородках вегетативных образований сумчатых и базиди — альиых грибов: Р — парентосо-

мы (Мооге, 1965)

 

Рис. 1.1. Строение и развитие клеточной стенки грибов: 1 —

иеиапряжеиная зона кончика ги­фы; 2 — зона образования по­перечных фибрилл методом интус-

 

Клеточная оболочка грибов

сусцепции, проникновение микро­фибрилл; 3 — область продоль­ного растяжения фибрилл (об­ласть расслабления); 4 — область формирования внутреннего слоя жестких продольных фибрилл (об­ласть ригидификации и прекра­щения развития наружной сети фибрилл) (Burnett, 1968)

У дрожжей оболочка обычно многослойная, причем в наружном толстом слое локализован маннан, во внутреннем тонком — глю — кан. У водных грибов, например у Allomyces, оболочка образует ложные перегородки — псевдосепты, напоминающие спицы колеса. У сумчатых и базидиальных грибов наблюдаются настоящие пе­регородки— септы. У сумчатых септы между клетками обычно имеют одну простую пору, по обе стороны которой в процессе ее формирования можно видеть по паре осмофильных телец Воронина. У базидиальных грибов эти поры нередко бывают очень сложны­ми, снабженными колпачками — парентосомами (рис. 1.2). Такие поры были найдены в плодовых телах и ризоморфах ряда высших базидиомицетов (Moore, 1965; Burnett, 1968). Однако до настоя­щего времени остается не вполне ясным, относить ли это различие в структуре септальных пор аско — и базидиомицетов к их таксоно­мической принадлежности или к гаплоидной и гомокариотической структуре генома сумчатых и к ди — и гетерокариотической природе базидиальных грибов. Таких исследований пока еще нет, но их
значение для эволюционных и таксономических построений в цар­стве грибов весьма принципиальное.

Много нового добавили к изучению септальных пор грибов исследования на электронно-микроскопическом уровне (Flegler et al., 1976; Камалетдинова, Васильев, 1982). Во-первых, стало известно, что долипоры базидиальных грибов являются структу­рами, видимо, герметически изолирующими клетки мицелия друг от друга вплоть до начала образования ими плодовых тел (Flegler et al., 1976). Эта изоляция осуществляется растворяемыми про — теолитическими ферментами и одновременно осмофильными (со­держащими белки и липиды) двусторонними пробками, которые исчезают к моменту формирования плодовых тел. Их исчезновение сопровождается перфорациями парентосом и сообщение между клетками гиф восстанавливается.

Последние наблюдения над септами в плодовых телах диско — мицетов (например, Peziza badia — Камалетдинова, Васильев, 1982) показали, что сходные разобщающие клетки гиф структуры существуют и у класса сумчатых грибов. В их формировании при­нимают участие тельца Воронина, образующиеся в колбообразных инвагинациях клеточной мембраны, осмофильное содержимое ко­торых (тельце Воронина) высвобождается близ септы и распола­гается у отверстия септы, постепенно проникая в нее, создавая при этом замыкающее ее устройство. Дальнейшему проникновению тельца Воронина в вышележащий гимениальный слой, видимо, препятствует специальная перфорированная структура, лежащая над порой септы в материнской клетке будущей сумки, которая оказывается полностью изолированной от проникновения субмик — роскопических органелл из субгимениального слоя. Подобные же изолирующие структуры наблюдаются и в формирующихся в пло­довых телах парафизах.

Сходные структуры имеются и в спорулирующем мицелии не­совершенных грибов, содержащих тельца Воронина, например у Arthrobotrys conoid. es. У продуцента пенициллина дейтеромицета Pйnicillium chrysogenum была обнаружена в септе структура, в точности соответствующая найденной Камалетдиновой и Ва­сильевым у дискомицета Peziza badia (Kurilowich et al., 1980).

Скелетные основы оболочек грибов составлены кристаллически организованными полисахаридами: целлюлозой, хитином, хитоза — ном, маннаном, глюканами и другими. Все они имеют линейную структуру с 1,4-связями исходных компонентов — мономеров гек — соз, амино — и ацетаминогексоз. По результатам микрохимического тестирования (окраска рутениум красным) ранее считалось, что в составе клеточных оболочек грибов имеется пектин. Однако ре­зультаты химического анализа не подтвердили в ее составе вхо­дящего в структуру пектина мономера галактуроновой кислоты (Aronson, 1965).

Хитин и хитозан для большей части грибов очень характерны в составе их оболочек как азотсодержащие полимеры. При этом хитин грибов очень сходен с хитином насекомых и ракообразных, что было подтверждено картиной их дифракции в рентгеновских лучах. Однако азота в хитине грибов меньше, чем у животных, и среди его составных частей была обнаружена метилпентоза, на­зываемая мицетозой. Хитин у грибов удается обнаружить микро­химически по методу Ван Висселинга, с помощью частичного ще­лочного деацетилирования и последующей реакцией на хитозан и по дифракции Х-лучей. Он не был найден только у оомицетов, таких, как сапролегниевые и пероноспоровые грибы. Ранее счита­лось, что хитин отсутствует у дрожжей, однако он содержится в клеточных перегородках — септах сахаромицетов (Кулаев, 1975).

В настоящее время установлено, что хитин можно обнаружить у Chitrydiales, Monoblepharidales, Protomycetales, Hyphochytridiales, у всех Endomy cet ales, Blastocladiales, Mucorales, Entomophthora — les, y всех сумчатых и базидиальных грибов и происходящих от них Fungi imperfecti (дейтеромицетов). Исключение составляют Oomycetes, у которых из полисахаридов в оболочке присутствует целлюлоза, полностью отсутствующая у представителей дрожже­вых грибов.

В течение последнего времени в связи с выявлением возмож­ности практического использования хитина грибов для синтеза полимеров появилось довольно много исследований с данными по более тонкому изучению его в сопоставлении с хитином ракооб­разных (табл. 1.4). Ацетата и D-глюкозамина меньше всего

Таблица 1.4

Физико-химические свойства образцов хитина микроскопических грибов и панциря краба (% от массы образца) (Феэфилэва и др., 1980)

Содержание

%

Содержание, %

Образец

азот

угле­

род

водо­

род

ацетат

D-глю­коза — мин

Пен-

тоэа

Общие

сахара

./V-ацетил-D-глюкстмин (из ла­боратории химического завода)

6,035

43,40

6,99

29,8

69,0

0,54

0,59

Хитин краба Cancer magister

6,37

43,74

6,87

36,8

66,4

0,76

0,43

Хитин Aspergillus niger

4,99

43,77

6,44

24,2

51,7

1,75

4,65

Хитин Cunninghamella japonica

5,43

42,75

6,72

31,0

69,2

0,94

0,83

Хитин Blakeslea (Choanephora) Irispora

Теоретически вычисленное со­держание элементов в хитине

5,88

6,40

42,17

43,80

6.44

5.44

26,4

63,3

0,96

0,91

у Aspergillus niger, что объясняется более высоким содержанием пентоз и глюкозы в составе ^-глюкана и двух а-глюканов оболочки гриба. Анализ дифрактограмм показал идентичную кристалличе­скую структуру хитина грибов и крабов с несколько большей упорядоченностью у последних. Кроме того, хитин грибов в про­тивоположность пластинчатой структуре хитина крабов имел во­локнистое строение (Феофилова и др., 1980).

Заменяющий хитин у некоторых мукоровых грибов хитозан, обнаруживаемый при слабом кислотном гидролизе реакцией на

хитозансульфат, найден, кроме Mucor rouxii, также у Phycomyces blakesleeanus. Количество ацетильных групп в нем оказалось раз­личным и варьировало у М. rouxii до нуля. Из других аминополи — сахаридов полимер галактозамина со свободной аминогруппой, способной связывать фосфаты, со структурой типа хитозана, был выделен из клеточных оболочек Neurospora crassa, N. sitophilla, A. niger и Botrytis cinerea (Aronson, 1965). У ряда грибов встре­чены полимеры из аминосахаров, ассоциированных с маннаном, глюканом и протеинами.

Целлюлоза в клеточных оболочках грибов обычно не встреча­ется одновременно с хитином. Исключение составляет один Rhizi — diomyces из порядка гифохитридиевых грибов, у которого они были обнаружены одновременно. Целлюлоза была обнаружена у грибов из оомицетов порядков Acrasiales, Lagenidiales, Sapro- legniales, Leptomitales, Peronosporales (Aronson, 1965).

Среди грибов, обитающих в водной среде, целлюлоза встреча­ется обычно только в группах, имеющих двужгутиковые зооспоры. У Blastocladiales и Monoblepharidales, имеющих одножгутиковые зооспоры, ее нет. Исключение, которое составляет Rh. izidiom. yces из порядка Hyphochytridiales, имеющий одновременно и хитин, и целлюлозу н считающийся по Нейбл переходной формой между имеющими хптип Chytridiales и Blastocladiales и содержащими целлюлозу оомнцетами, объяснимо. Эта одножгутиковая форма имеет жгутик зооспор перистый, а не бичеподобный, как у Blasto­cladiales и Monoblepharidales. Любопытно, что строение ворсинок перистых жгутиков оомицетов напоминает строение жгутиков бак­терий, тогда как бичеподобные полностью схожи со жгутиками флагеллат.

Целлюлоза у грибов легко обнаруживается микрохимически реактивом Шпейцера или реактивом, состоящим из раствора йода в йодистом калии с добавлением 70%-го раствора серной кислоты.

Глюканы у грибов очень обильны и отличаются от целлюлозы по их структуре. Мономеры их также представляют собой глюкозу. Однако наиболее изученные глюканы дрожжей имеют менее кри­сталлические структуры, чем целлюлоза. Кристалличность глюка- нов увеличивается вследствие образования гидроглюканов при их обработке серной кислотой. Подобные глюканы, находящиеся в ассоциации с протеинами, были обнаружены у дрожжей и у Pйni­cillium notatun (Aronson, 1965). Другой глюкан, входящий в со­став оболочек грибов,.— каллоза, сходная с обнаруживаемой в си­товидных трубках высших растений и сильно красящаяся основ­ными красителями, т. е. имеющая кислую природу, в противопо­ложность целлюлозе имеет Я-l,3-b1I0K03HДHbie связи. Подобный глюкан, красящийся основными красителями, был обнаружен у ScleroHnia. Глюканы имеются также у Aspergillus fischeri, Allo — myces macrogynus, Neurospora crassa. У грибов встречаются также гетерополисахариды, составленные из мономеров различных саха­ров, особенно частые у рода Pйnicillium. У дрожжеподобных форм, патогенных для животных, как у Coccidioides и Cryptococcus, по­
добные же, но кислые полисахариды входят в состав окружающих их клетки капсул. Примеры глюканов и других продуктов полиме­ризации моносахаров и сахарных кислот, входящих в состав оболо­чек клеток и запасных веществ грибов, приведены в табл. 1.5.

Полисахарид

Продукты гидролиза

Oprann3MM-npoflyueHTM

Гликоген

Глюкоза

Aspergillus rtiger, Phyma- totrichum omnivorum h ДP —

Склеротиоза

»

Pйnicillium sclerotiorum

Компактоза

»

P. brevi-compactum

Нигеран (микодекстран)

*

A. niger Pйnicillium sp.

Полпглюкоза

»

A. jisekeri. P. charlesii

Кислая полиглюкоза

»

P. luteum

Капсульная полиглюко­

»

Torulopsis sp.

за

Лютеиновая кислота

глюкоза, малоновая кис­лота

P. luteum

Варианоза

глюкоза, галактоза

P. varians

Капреолиноза

глюкоза, манноза, галак­тоза, малоновая кисло-

P. capreolinum

Полиуронид

та

глюкоза, галактуроновая кислота

Coccidioides immitis

Леван

фруктоза

A. sidovi

Полпгалактоза

галактоза

P. charlesii

Ругулоза

»

P. rugulosum

Микогалактан

»

A. niger

Нейтральная полигалак­

»

P luieum

тоза

Г глактокаролоза

»

P. charlesii

Маннскаролоза

манноза

*

Капсульный полисахарид

ксилоза, манноза, глюку-

Cryptococcus ( Torlt lopsis)

роновая кислота

neofurman s

Капсульный полисахарид

ксилоза

Torulo/’sis sp.

Таблица 1.5

Примеры полисахаридов грибов с расшифрованной структурой по Кокрейиу (Cochrane, 1958)

Подпись: Примеры полисахаридов грибов с расшифрованной структурой по Кокрейиу (Cochrane, 1958)Маннаны, полисахариды, составленные из мономеров маннозы. встречаются особенно обильно у дрожжей, причем они часты у ви­дов дрожжей, обитающих на поверхности камбиального стоя inn корой деревьев. К числу таких форм относится обитающая пт корой хвойных деревьев Hansenula; в окружающей клетки ли трожжей капсуле полисахарид присутствует в форме фосфомгш — нана. Этот гидрофильный и слизистый полисахарид прилипнет имеете с дрожжами к щетинкам, покрывающим тело жуков коро СДОВ, И таким путем дрожжи переносятся с ИХ ПОМОЩЬЮ с ОД1По дерева на другое (Wickerham, Barton, 1961). У гнфообразуюшп’: грибов маннаны пока обнаружены не были, но в гидролиза i ;i их клеточных стенок встречается манноза.

У грибов встречаются также полисахариды, содержащие га­лактозу, 6-дезоксипентозу, метилпентозы, наиболее часто фрукто­зу, особенно у мукоровых. В оболочках клеток Pйnicillium chryso — genum были найдены из числа пентоз 6-дезоксипентоза, рамноза и ксилоза, которую обнаружили также у трутовика Polystictus sanguineus.

Полисахаридно-протеиновые комплексы были обнаружены у дрожжей, например у Candida albicans — возбудителя молочницы грудных детей. Маннаново-протеиновый комплекс был найден у Saccharomyces.

Липиды у грибов количественно сильно варьируют в зависи­мости от условий окружающей среды и возраста культуры. Иногда их количество достигает 35—36% от массы сухого вещества кле­ток. У дрожжей более 3% липидов найдено в их оболочках. Обна­ружены они и в оболочках мукоровых грибов, например у Мисог rouxii и Phycomyces, в спорангиеносцах которого установлено око­ло 25% липидов от их сухой массы. Вероятно, они содержатся там в образованиях типа кутикулы (Aronson, 1965).

Пигменты также входят в заметных количествах в состав кле­точных оболочек грибов. Пигменты, в особенности часто локали­зованный в виде особого слоя черный пигмент, меланин, очень часто встречаются в клеточных стенках мицелия или в оболочках спор многих грибов. Такой меланиновый слой имеется в оболочках аскоспор Neurospora tetrasperma (Aronson, 1965).

Меланин отсутствует у грибов с низкой активностью полифе — нолоксидазы, принимающей участие в его биосинтезе, и с преоб­ладанием в обмене активных дегидрогеназ. Такие грибы, к кото­рым относятся представители родов Fusarium, Trichothecium, Arthrobotris, Cephalosporium и многие другие, характеризуются чаще всего розовой или оранжевой окраской спорулирующих структур, зависящей от обилия каротиноидов, принимающих на себя роль светозащитного экрана и антиоксиданта, принадлежа­щую у темноокрашенных грибов меланину. Связь наличия кароти­ноидов с высоким уровнем активности дегидрогеназ объясняется тем, что оптимальные условия окислительно-восстановительного режима для действия дегидрогеназ совпадают с условиями, опти­мальными для биосинтеза каротиноидов и других продуктов шунта терпеноидов. Каротиноидные пигменты уже не входят обычно в состав клеточных оболочек грибов, а локализуются либо в кле­точной мембране, либо в каплях липидов, рассредоточенных в ци­топлазме. В отдельных случаях у грибов встречаются совершенно особые пигменты, как оммохромы, глазные пигменты насекомых, у трутовика Pycnoporus (Polyporus) cinnabarinus (Шиврина, 1965) или фикобилины у видов сыроежек Russula emetica и R. paludosa (Ефименко, 1972), входящие в систему фотосинтеза у сине-зеленых и красных водорослей.

Из встречающихся в больших количествах неорганических со­единений в клеточных оболочках грибов, в частности в оболочках конидий Ыеигозрога, найдено много полифосфатов, связывающих около 11% катионов оболочки и образующих в ней солеподобные соединения хитозанфосфаты. У дрожжей фосфаты связаны с глю­копротеидами, и, кроме того, в их оболочках содержится немного нуклеиновых кислот.

Однако роль полифосфатов как высокоспециализированных макроэргов, организующих специфику энергоснабжения и питания грибов, не сводится только к участию в структуре клеточной обо­лочки и требует специального рассмотрения.

Прежде всего необходимо заметить, что полифосфаты грибов — имеют прямое отношение к гранулам так называемого волютина, образующимся в их вакуолях при действии слабых оснований (на­пример, сильно разбавленного аммиака) или основных красителей.

Волютин грибов имеет непостоянный состав в их онтогенезе, способен растворяться не только в кислотах, но и в слабо под­щелоченных солях (например, в 0,1 М ЫН4ЫОз, подщелоченном до pH 8,0 и в 2—2,5 М растворе аммиака) (Беккер, 1956). Его на­копление согласуется с нарастанием солерастворимой фракции полифосфатов в процессе активного синтеза нуклеиновых кислот (Кулаев, 1975).

Использование цитохимических методов, таких как сравнитель­ная фотосъемка в световом и ультрафиолетовом микроскопе, об­работка сформированных волютиновых гранул рибонуклеазой, окраска их пиронином и толуидиновой синей после извлечения из них нейтрального красного этанолом (рис. 1.3) позволили уточнить их состав. В процессе онтогенеза продуцента пеницилли­на он менялся от состава чисто полифосфатной природы через промежуточные двуслойные структуры к чисто рибонуклеиновому (Дмитриева, Беккер, 1962). Согласно исследованиям Л. Н. Кац (1964), состав предсуществующего волютина изученного ею акти — номицета менялся в диаметрально противоположном направле­нии—-от РНК-волютина к полифосфатному. По всем этим данным можно с достаточными основаниями утверждать, что волютин гри­бов несхож с истинным предсуществующим волютином прокарио­тов, а скорее схож с криномом животных.

Что полифосфатный обмен грибов отличается от такового у ак — тиномицетов и бактерий, можно видеть также и по синтезирую­щим и расщепляющим полифосфаты ферментам (Кулаев, 1975). Как видно из прилагаемой схемы (табл. 1.6), у грибов, бактерий и актиномицетов есть общие энзимы этого обмена, такие как по — лифосфат-фосфогидролаза (ПФГ), полифосфаткиназа (ПФК) и дифосфоглицерат-полифосфаттрансфераза (ДФГ-ПФТ).

Однако уже такой энзим, как ПФК, переносящий фосфат с АТФ на полифосфат и обратно с полифосфата на АДФ, действует в обоих направлениях только у ЕиЬас1ег1а, а у актиномицетов и

Рис, 1.3. Волютин, сформировавшийся в виде гранул после витальной окраски мицелия Pйnicillium chrijsogenum, из погруженной культуры в его различных возрастных фазах. Обесцвеченные этанолом гранулы в III и в начале IV воз растных фазах окрашиваются в красноватый цвет толуидинблау и не окраши ваются пиронином, т. е. содержат полифосфагы. Начиная с перехода мицелия н V возрастную фазу они окрашиваются пиронином и в синий цвет толуидинбла> і. е. содержат РНК (Дмитриева, Беккер. 1962)

грибов ТОЛЬКО В ОДНОМ И ВЗаИхМОПрОТИВОПОЛОЖНОМ. У грибов сннте. ч полифосфатов за счет АТФ вообще не возможен.

У форм, причисляемых Н. А. Красильниковым (1970) к акти номицетам, имеются кроме этих еще три энзима: полифосфатглю-

Таблица 1.6

Включение в метаболизм полифосфатов различных ферментов у бактерий, актиномицетов и грибов (Кулаев, 1975) (стрелками показано наличие ферментов в дайной группе организмов)

Ферменты

Procan,’Ota

Eucaryota

ПФД

Fungi

(оптимальный pH 3,2—3,4)

ПФГК

(оптимальный pH 7,4)

Actinomyceies

ПФФК

ПФ-АМФ-ФТ

ПФК

1

(оптимальный pH 7,2)

АТФ^АДФ АТФ-*-АДФ

АДФ-»АТФ

ДФГ-ПФТ

t t

(не у всех)

(оптимальный pH 7,2—7,4)

1 1

t

ПФГ

Eubacteria Aclinomycetes

Fungi

(оптимальный pH 7,1—7,5)

кокиназа (ПФГК) и полифосфатфруктокиназа (ПФФК), а также полифосфат-АМФ-фосфотрансфераза (ПФ-АМФ-ФТ), отсутствую­щие у ЕиЬас1ег1а и у грибов. Напротив, грибы обладают, как и в случае многих других их ферментных систем, системой энзимов с действием эндотипа, расщепляющей полифосфаты на разной длины олигомеры в середине их цепи. Эти энзимы действуют в противоположность предшествующим только в кислой зоне pH (оптимальный pH 3,2—3,4) и носят название полифосфатполи — фосфогидролаз, или полифосфатдеполимераз (ПФД), Они, види­мо, имеют адаптивный характер.

Полифосфаты представляют собой чисто неорганические соеди­нения, состоящие из мономеров ортофосфорной кислоты, чаще всего построенные в форме линейных неразветвленных цепей, со­держащих от трех, четырех и до 300 мономеров фосфата (Кулаев, О II

1975) : —О—Р—О—.Иногда они, видимо, встречаются в форме I!

О

двухфрагментного пирофосфата или циклических метафосфатоз (например, три-, тетра — и гексамерных). Возможны также нестой­кие сетчатые структуры и более стойкие сочетания фосфорной кис­лоты с двух — к трехвалентными металлами, образующими сетчатые структуры с фрагментами ортофосфата, как, например, обнару­женные у грибов (Кулаев, 1975), имеющие функции детоксикато — ров избытка свободного ортофосфата и запасников фосфора и ме­таллов (рис. 1.4).

Наиболее распространенная у грибов и энергетически доступ­ная форма высокомолекулярных полифосфатов представляет собой линейные цепи с очень различным числом фрагментов фосфата, существующие в виде непрерывного ряда соединений от пирофос­фата (два фрагмента фосфата) до содержащих 300 фрагментов и более высокополимерных форм. Разделение их на фракции с по­мощью экстракции разными растворителями является довольно

Клеточная оболочка грибов

НО’ ‘он

Рис. 1.4. Предположительная структура полимерного ортофосфата железа (Кулаев, 1975)

условным, однако дает все же возможность связать эти фракции с определенной их локализацией и функциями в клетке. Обычно насчитывают четыре-пять таких фракций (табл. 1.7).

Таблица 1.7

Характеристика степени полимериости разных фракций полифосфатов ливиых дрожжей (Кулаев, 1975)

Номера

Экстракция

Содержание поли — фосфатов

Средняя

Средняя

молекулярная

фрак­

ций

мг/г

сухого

вещества

% ОТ

общего

фосфора

длина цепи, п

масса

калиевой

соли

1

1 %-й раствор трихлоруксус — иой кислоты

0,54

6

4

530

2

насыщенный раствор ЫаСЮ4

1,74

21

20

2 400

3

ИаОН pH 10

0,33

4

55

6 500

4

0,05 и. ИаОН

0,54

6

260

30 700

Сумма полифосфатов

3,15

37

Согласно способу их экстракции эти фракции носят названия кислоторастворимой (ПФ^, солерастворимой (ПФг), щелочерас­творимых (ПФ3 и ПФ4) и растворимой в хлорной кислоте при нагревании (ПФ5). Средняя длина цепи и средняя молекулярная масса каждой фракции, как можно видеть из результатов анализа фракций из дрожжей (см. табл. 1.7), последовательно возрастают, достигая длины цепи порядка 260 п и молекулярной массы около 30 000. При этом четыре из перечисленных фракций были обна­ружены у всех подробно изученных в этом отношении грибов (табл. 1.8).

Таблица 1.8

Содержание полифосфатав в клетках Епйотусев magnu. sH. Ыеиговрога сга$$а и в плодовых телах ОуготИга е8си1еШа в мг фосфора на г сухого мицелия (Кулаев, 1975)

фракция поли — фос фатов

Экстракция

Е. та^пивИ клетки 12 ч. роста

N. сга$$а мицелий 17 ч. роста

0. езси1еМа плодовые тела

ПФХ

0,5 н. НС104; 0—4 °С

1,10

0,62

0,00

ПФ2

насыщенный раствор ЫаС104;

0—4°С

0,90

1,24

1,52

ПФз

КаОН pH 9,0; 0—4 °С

0,20

0,12

0,24

ПФ4

ЫаОН pH 12,0; 0—4 °С

0,90

0,82

0,01

ПФБ

10%-й раствор НС104; 100 °С

0,40

0,00

Сумма полифосфатов

3,50

2,80

1,77

Общий фосфор

17,30

15,6

6,03

В общем итоге полифосфаты были найдены в мицелии грибов всех обследованных классов, а именно у двух миксомицетов, двух видов мукоровых грибов, восьми сумчатых, двух базидиальных, 13 видов несовершенных и 14 видов дрожжей, т. е. у всех из об­следованного 41 вида грибов (Кулаев, 1975). По-видимому, наи­более обильно у грибов представлена фракция ПФг, а в наимень­шей степени фракции ПФз и ПФ5, однако их относительное коли­чество сильно зависит от вида гриба, условий его роста и возраста культуры.

Биосинтез конденсированных полифосфатов по всем данным начинается в основном с наиболее высокополимерной фракции, а остальные получаются путем ее деградации. Однако возможны и восходящие синтезы за счет пирофосфата, освобождающегося в метаболических процессах, например при синтезе нуклеиновых кислот. Этим процессом, видимо, объясняется синхронное с син­тезом РНК у йеиговрога сга««а накопление фракции ПФг, соче­тающееся с уменьшением содержания наиболее лабильной кисло­торастворимой фракции ПФ1 (рис. 1.5).

Общие функции конденсированных линейных полифосфатов в клетках грибов весьма схожи с функциями АТФ и состоят в снаб­жении для метаболических реакций фосфором и энергией, высво­бождающейся при разрыве макроэргической связи —О—Р—. Од­нако у них есть и сильные отличия от АТФ, так как, во-первых, способность их к высокой степени полимеризации дает возмож­ность резервировать большие запасы энергии и фосфора без на­рушения гомеостаза клетки (pH, ионной силы, осмотической кон­центрации и т. д.). Это очень важно для характерных обилием этих соединений низших эукариот (грибов, водорослей и простей­ших) и прокариот (бактерий, цианей и актиномицетов), так сильно зависимых от. окружающей их среды. Во-вторых, высокомолеку­лярные полифосфаты обладают определенной специализацией в метаболических процессах. По всей вероятности, наименее специа-

мкМ Ррнк/130 мл

Клеточная оболочка грибов

Рис. 1.5. Изменение содержания в мицелии различных фрак­ций полифосфатов и РНК в процессе роста культуры Neuro- spora crassa в микромолях POi~3 иа 130 мл среды (Кулаев,

1975)

лизирована лабильная фракция ПФЬ участвующая как донор энергии во многих ферментативных процессах и синтезах. Фрак­ция ПФ2 специфично связана с синтезом нуклеиновых кислот. Более высокомолекулярные фракции участвуют в транспорте через клеточную мембрану сахаров, переносчика которых они фосфори — лируют, а их синтез связан с синтезом полисахаридов клеточных оболочек. Последнее можно видеть по высоким коэффициентам корреляции между накоплением этих полисахаридов и соответ­ствующих им фракций полифосфатов (табл. 1.9).

Проведенные Кулаевым, его учениками и рядом других иссле­дователей работы по изучению локализации различных фракций полифосфатов в клетках грибов позволили обнаружить согласо­

ванность между процессами, сопровождающими их биосинтез, и местами их накопления в клеточных органеллах. В протопластах Ыеигозрога сгаэБа, освобожденных ферментом улитки от клеточной оболочки, оказались гидролизованными до оставшегося в прото-

Таблица 1.9

Коэффициенты корреляции (г) между скоростями накопления различных фракций полифосфатов и полисахаридов у Saccharomyces carlsberglensls (Кулаев, 1975)

Полисахариды

Полифосфаты

Коэффициент корреляции г

Гликоген

ПФі

0,077+0,02

Сумма полисахаридов

сумма полифосфатов

0,806+0,68

Гликоген

ПФ2

0,141+0,08

»

сумма ПФ2, ПФ3, ПФ4, ПФ5

0,173+0,08

Глюка н + маннан

»

0,750+0,087

Глюкан

ПФ2

0,291+0,180

*

ПФ3

0,615+0,122

Маннан

ПФ2

0,136+0,192

*

ПФ3

0,035+0,196

*

ПФ 4

0,813+0,098

пласте ортофосфата обе наиболее высокомолекулярные фракции полифосфатов (ПФ4 и ПФ5), что указывало на их локализацию на поверхности клеточной мембраны вблизи от оболочки клетки (табл. 1.10).

Таблица 1.10

Содержание высокомолекулярных полифосфатов в клетках, протопластах, ядрах и митохондриях Ьіеиговрога сгаййа. Данные в мг фосфора/г сухого вещества (Кулаев, 1975)

Фосфорные соединения

Целые

клетки

Прото­

пласты

Ядра

Мито­

хондрии

Сумма высокомолекулярных

5,6

3,0

0,2

0,0

полифосфатов

Кислоторастворимые (ПФд)

1,8

1,8

1,2

0,0

0,0

Солерастворимые (ПФ2)

1,0

0,2

0,0

Щелочерастворимые (ПФ4)

2,0

0,0

0,0

0,0

Экстракт горячей НС104

0,8

0,0

0,0

0,0

(ПФ6)

Ортофосфат

1,1

3,0

0,0

0,1

Общий фосфор

17,3

17,2

1,5

2,4

Дальнейшее фракционирование нативных клеточных органелл с помощью ультрацентрифугирования в градиенте сахарозы и их анализ показали наличие в ядре только одной фракции (ПФ2), связанной с биосинтезом РНК. Кислоторастворимая фракция

и большая часть солерастворимой фракции (ПФ2), скорее всего входящие в состав волютина грибов, остались в протопласте, где, как известно, протекает гриколиз; в месте локализации дыха­тельной цепи, в митохондриях, полифосфатов не оказалось совсем Относительно фосфорных соединений необходимо добавить, что, ХОТЯ МЫ И не имеем сейчас ТОЧНЫХ критериев ДЛЯ суждения О СО’ ставе нуклеиновых кислот, можно все же утверждать, что они отличаются у грибов от других организмов по их количественной характеристике. Так, по нашим данным (Беккер, Дмитриева и др.,. 1972), доля ДНК от общего количества фосфорных соединений в мицелии Aspergillus fumigatus ие превышает 7—9%, тогда как. доля РНК достигает 65—70% от их количества. Если сравнить обогащенность клетки ДНК у разных организмов, то выясняется,, что по этому критерию, так же как и по числу пар нуклеотидов на клетку, грибы находятся на относительно невысоком уровне сложности организации их генома, приближаясь в этом отношении к низшим беспозвоночным, как моллюски или губки. Они далеко отстают от высших растений, сложность организации генома ко­торых сопоставима с таковой у птиц, рыб и ракообразных (Ле — нинджер, 1974). Однако при сравнении с бактериями сложность генома грибов оказывается выше на целый порядок (грибы —

0, 02—0,17; бактерии — 0,002—0,06 мкг ДНК на клетку).

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *