Биосинтез аминокислот

В состав белков дрожжей входят алифатические (глицин, аланин, серин, треонин, валин, лейцин, изолейцин, аспарагин, глутамин, лизин, аргинин, цистин и метианин), ароматические (тиразин, фенилаланин) и гетероциклические (пролин, гистидин и триптофан) аминокислоты.

Амнокислоты (АК) играют большую роль в процессе синтеза биомассы, а также биосинтезе вторичных метаболитов, в частности высших спиртов и дикетонов.

Уровень ассимилируемого азота в среде определяет:

- скорость роста дрожжей;

- выход биомассы;

- скорость утилизации сахара;

- скорость брожения.

При наличии в среде утилизируемого азота дрожжи способны синтезировать все двадцать аминокислот, из которых строятся белки. Дрожжи утилизируют аминокислоты, ди и трипептиды, аммиачный азот. Нитраты, нитриты, аминокислоты белков дрожжами не ассимилируются. При этом в качестве источника азота дрожжевые клетки предпочтительно используют аминокислоты, присутствующие в питательной среде или составляющие аминокислотный пул. В последнем случае аминокислоты находятся в вакуолях.

Состав аминокислот и их количество в аминокислотном пуле постоянно изменяется и зависит от внешних факторов, особенно концентрации ассимилируемого азота на предыдущих стадиях культивирования. Отсутствие лимита по азоту способствует повышению концентрации АК в посевном материале. Это тормозит приток их из внешней среды и предполагает выделение АК из клетки. Таким образом даже при отсутствии в среде ассимилируемого азота могут происходить процессы связанные с синтезом биомассы и вторичных метаболитов, однако эти процессы быстро завершаются. Второй причиной увеличения АК в дрожжах может быть автолиз клеток, который происходит при исчерпании экзогенного утилизируемого азота сусла. Например, увеличение содержания свободных АК в клетках связано с активацией внутриклеточных протеолитических ферментов. Обычно это происходит при попадании гидролитичесаких ферментов, содержащихся в лизосомах и образованием так называемых вторичных вакуолей, которые занимают более 2/3 объема клеток (см. рис.3.12.). Для того, чтобы избежать автолиза дрожжей необходимо дополнять питательную среду наряду с другими источниками питания утилизируемыми источниками азота в виде аминокислот и аммиачного азота.

Свободные аминокислоты, находящиеся в питательной среде иногда не подвергаются изменениям и в небольшом количестве используются непосредственно в биосинтезе белка. Последовательность аминокислотной ассимиляции может значительно меняться от условий культивирования. Например, подъем давления приводит к снижению потребления валина, метионина, изолейцина, лейцина и гистидина. Однако большинство поступающих в клетку аминокислот подвергается действию трансаминазы, которая удаляет их аминогруппы, оставляя углеводный скелет, который метаболизируется. Основное место в системе трансаминирования у дрожжей занимает 2-оксоглутарат как акцептор аминогрупп, образующийся при этом глутамат может затем быть использован в качестве донора аминогруппы для построения других аминокислот из остатков, образованных при протекании анаболических путей.

Биосинтез нуклеотидов. Пуриновые и пиримидиновые нуклеотиды участвуют в синтезе нуклеиновых кислот, они входят в состав многих коферментов и участвуют в активации и переносе аминосахаров, аминокислот, компонентов клеточной стенки и липидов. Исходным метаболитом для их синтеза служит рибозо-5 фосфат.

Жировой обмен

Липиды дрожжей представлены триацилглицеридами, фосфолипидами и стеринами. Триацилглицириды являются предшественниками длинноцепочечных жирных кислот и глицерина. Дрожжевые липиды содержат преимущественно жирные кислоты с 16 и 18 углеродными атомами, хотя найдены и цепи с 8-24 атомами.

Жирные кислоты могут быть насыщенными и ненасыщенными (с одной или двумя связями). В дрожжах преобладает содержание таких ненасыщенных аминокислот как пальмитиновая (С 16:0) и стеариновая (С 18:0). Ненасыщенные жирные кислоты в основном представлены пальмитолеиновтой (16:1), олеиновой (С 18:1) и линолевой (С 18:2) кислотами.

Фосфолипиды являются замещенными диацилглицерофосфатами: наиболее обычные заместители - холин, этаноламин, серин или инозит.

Липиды участвуют в регулировании окислительно-восстановительных процессов при дыхании клеток, входят в состав мембран всех органоидов клетки, в т.ч. мембран митохондрий, образуют липопротеиновый комплекс с белками, входящими в состав протоплазмы и т.д. При гидролизе 1 молекулы АТФ в дрожжевой клетке может освободиться до 52 кДж.

Кроме того, липиды выполняют роль запасных веществ клеток дрожжей.Распад нейтральных липидов и фосфолипидов происходит за счет гидролитического действия липаз, в результате образуется глицерин и жирные кислоты. Глицерин далее фосфорилируется до глицеро-1-фосфата, дегидрируется до диоксиацетон-фосфата, который участвует в процессе гликолиза. Жирные кислоты подвергаются b-окислению в матриксе митохондрий. Жирные кислоты с короткой углеродной цепочкой, содержащей от 4 до 10 атомов углерода (ЖКК), проникают в митохондрию. Для длинноцепочечных жирных кислот (ЖКД) внутренняя мембрана непроницаема, они переходят в матрикс в виде ацилкарнитинов, которые образуются во внутримембранном пространстве. В результате полного окисления пальмитиновой кислоты образуется 8 молекул Ац-КоА, которые далее поступают в ЦТК. Общий выход АТФ составляет 17 молекул на каждый фрагмент из двух углеродных атомов.

Преобладающие стерины - эргостерин и зимостерин, обнаружены и другие стерины и их эфиры. Все три вида липидов являются важными компонентами клеточной мембраны дрожжей. Так как клеточная мембрана контролирует проникновение в клетку питательных веществ и выделение метаболитов из клетки, её функция необходима для роста и размножение клетки. Синтез стеринов также включает участие НАДФ+-зависимой смешанно-функциональной оксидазы. Потребность дрожжей в молекулярном кислороде более актуальна для синтеза стеринов, чем для образования жирных кислот. Недостаточная концентрация растворенного в среде кислорода уменьшает выход биомассы и снижает их жизнеспособность, так как клетки в этом случае не могут синтезировать ненасыщенные жиры для построения клеточной мембраны.