книги из ГПНТБ / Логинова Л.Г. Физиология экспериментально полученных термофильных дрожжей

Таблица 37

Брожение мезофильных и термофильных дрожжей (варианта Т2) на солодовом сусле 7° Бал. в кратковременных опытах

ной температуре варианта значительно выше, чем у исходной (мезофильной) культуры дрожжей. Эта разница сохраняется на протяжении всего брожения.

Рис. 18. Энергия брожения мезофильных и термофильных дрожжей на солодовом сусле при повышенной температуре

а — при температуре 40°: 1 — термофильные дрожжи (вариант Т,), 2 — ме­ зофильные дрожжи; б — при температуре 43 и 44°: 1 — термофильные дрож­ жи (температура брожения 44°), 2 — термофильные дрожжи (температура бро­ жения 43°), 3 — мезофильные дрожжи (температура брожения 43°); 4 — мезофильные дрожжи (температура брожения 44°)

139

Аналогичные данные получены при брожении, проведенном

Брожение мезофильных и термофильных дрожжей (варианта Т3) на фосфатном буферном растворе с мальтозой при температуре 40° *

(мезофильной)— нагляднопо-

казали, что этот процесс

проходит при повышенной

температуре более интенсив­ но у термофильного вариан­ та (рис. 19).

Активность мамтазы термофильных дрожжей

140

интенсивностью на среде с мальтозой по сравнению с исход­ ной (мезофильной) культурой. Такие наблюдения были нами сделаны как при брожении на естественной среде (солодовом сусле), так и в сравнительных опытах брожения на синтети­

ческой среде Ридер с дрожжевым автолизатом, когда в каче­ стве сахара использовалась мальтоза.Как известно, в солодо­

вом сусле преимущественно содержится мальтоза, в меньшем количестве — глюкоза. Культура Sacch. cerevisiae XII раса хорошо ассимилирует и глюкозу, и мальтозу.

Так как мальтоза составляет основной сахар солодового сусла, то возникала мысль, не является ли более высокая ак­ тивность гидролитического фермента мальтазы у адаптирован­ ных нами к повышенной температуре штаммов дрожжей одной из главных причин более активного их брожения на мальтозе.

Для выяснения этого вопроса было проведено исследование в двух направлениях. С одной стороны, были получены пре­ параты фермента мальтазы из клеток мезофильной (исходной) культуры дрожжей и из клеток термофильной культуры (ва­ рианта Т3) и определена их активность.

С другой стороны, исходная культура дрожжей в процессе адаптации к постепенно повышаемой температуре велась на синтетической среде Ридер с дрожжевым автолизатом и глю­ козой, параллельно—с мальтозой.Глюкоза или мальтоза до­ бавлялись в количестве 4%. Адаптация длилась шесть месяцев, а дальше в течение одного года эти культуры поддерживались

на тех же средах при температуре 40°. Испытание бродильной энергии адаптированных штаммов проводилось на тех же сре­ дах, но с 10% сахара, при той же температуре 40°. «Мальтоз­

ные» дрожжи бродили на мальтозе и на глюкозе. «Глюкоз­ ные» — на глюкозе и на мальтозе. После культивирования в те­ чение шести месяцев на синтетической среде, но с разным са­ харом проводилось определение бродильной энергии этих двух

по определению выделенного из клеток дрожжей фермента

5 мл концентрации 1 и 2%. К этим 5 мл добавлялся раствор выделенного препарата фермента в трех концентрациях: 1, 2, 4 мл на 5 мл раствора мальтозы. В контроль, вместо раствора фермента, было добавлено такое же количество дистиллирован­ ной воды.Все варианты выдерживались один час при температуре 40°, после чего определялось содержание редуцирующих ве­ ществ.

141

Как показывают данные анализа, во всех четырех вариантах опыта, мальтаза, выделенная из клеток термофильных дрожжей, отличалась более высокой активностью по сравнению с мальта­ зой, выделенной из клеток мезофильных дрожжей. При наи­ меньшей концентрации фермента в растворе разница выража­ лась в 5,6 %; при постепенном повышении концентрации

Таблица 39

Сравнительная характеристика активности фермента мальтазы мезофильных и термофильных дрожжей (варианта Т3)

фермента она возрастала и равнялась 8,42, затем 9,78%. При наибольшей его концентрации активность фермента термофиль­

ных дрожжей была выше активности фермента мезофильных

дрожжей на 42%.

Таким образом, эти опыты наглядно показали, что в процес­

се адаптации дрожжей к повышенной температуре значительно повысилась активность гидролитического фермента мальтазы.

Табл. 40 и рис. 21 характеризуют бродильную активность «мальтозных» и «глюкозных» термофильных форм. Если принять

наиболее высокий показатель брожения (количество выделив­

шейся углекислоты) за 100%, то может быть выведена следую­ щая зависимость энергии брожения от источника углевода

(сахара). После длительного культивирования на глюкозе брожение на этом же сахаре проходило особенно интенсивно. Незначительно слабее (98,47%) шло брожение «мальтозных» дрожжей на глюкозе. Бродильная активность их несколько сни­ жалась (87,85 %) при брожении на мальтозе. Во всех этих трех случаях брожение шло примерно с одинаковой скоростью.

Совсем иная картина наблюдалась при брожении «глюкоз­

ных» дрожжей на мальтозе. Оно было резко снижено и дости­ гало всего 63,55%.

142

При определении энергии брожения в кратковременных опы­ тах, когда было исключено размножение клеток, термофильный вариант дрожжей при температуре 40° характеризовался

Рис. 20. Активность мальтазы у мезофильных и термофильных дрожжей при температуре 40° (продолжительность действия фермента 1 час)

Образовалось редуцирующих веществ (мг/5 мл) из мальтозы: 1 — фермент мальтаза мезофильной (исходной) культуры дрожжей; 2— фермент мальтаза термофильного

варианта дрожжей, а — мальтозы 100 мг/5 мл +1 мл мальтазы; б—мальтозы 50 мг/5

мл + 1 мл мальтазы; в—мальтозы 50 мг/5 мл+2 мл мальтазы;г—мальтозы 100мг/5мл

+ 4 мл мальтазы

более высокой активностью по сравнению с мезофильной (исход­

143

мальтазы термофильных дрожжей позволяют одной из причин

более высокой энергии брожения их клеток указать повы­ шенную активность фермента мальтазы.

Фермент мальтаза у обычных культур дрожжей обладает до­ вольно высоким температурным оптимумом действия (около

Рис. 21. Бродильная/активность двух форм термофильных

козе; 3 — брожение и предварительное культивирование на мальтозе; 4—брожение на глюкозе, предварительное культивирование на мальтозе

40°), причем его активность бывает довольно высока при зна­ чительных отклонениях температуры (Холден, 1934).

Та'кже известно, что гидролитические ферменты более устой­ чивы к действию высокой температуры по сравнению с фермен­ тами дыхания и брожения.

Потребность в витаминах

Потребности в готовых витаминах у микроорганизмов

самые различные. Одни способны осуществлять синтез их из неспецифпческих питательных компонентов среды и хоро­ шо развиваются на средах, лишенных требуемых витаминов. Другие нуждаются в получении извне тех или иных вита­ минов, будучи в той или иной степени не способными к их синтезу.

Дрожжевые микроорганизмы, беспигментные формы их, нуж­ даются в тех или иных шести витаминах группы В: инозите,

144

биотине, пантотеновой кислоте, витамине Вх, витамине В6, никотиновой кислоте. Эти витамины входят в состав основно­ го биос-комплекса группы спорогенных и аспорогенных дрож­ жей. Известны многие представители дрожжевых организмов, способные синтезировать эти витамины, и на простых минераль­

ных средах с сахаром поэтому они хорошо развиваются.

Однако все активно бродящие дрожжи, как правило, аук-

согетеротрофны и нуждаются в получении в готовом виде из­ вне одного, двух или нескольких витаминов из шести наз­ ванных.

Двумя основными витаминами, в которых нуждаются дрож­ жи вида Sacch. cerevisiae и, в частности, Sacch. cerevisiae XII

раса, являются пантотеновая кислота и биотин. Пантотеновую кислоту эта культура совершенно не синтезирует, а биотин синтезирует в очень слабой степени. Синтез остальных четырех витаминов осуществляется довольно хорошо.

Общие сведения по ауксогетеротрофии у микроорганизмов имеются в монографиях Мейселя (1950), Иерусалимского (1949) и Одинцовой (1959).

У Одинцовой приведены собственные экспериментальные материалы по характеристике потребности в готовых витами­ нах отдельных групп дрожжей п дрожжеподобных организ­

мов, в частности дана витаминограмма для культуры Sacch. cerevisiae XII расы (Одинцова, 1959).

При изучении потребности в готовых витаминах группы В у полученных термофильных вариантов нами была исполь­ зована синтетическая питательная среда Ридер с глюкозой.

Витамины (шесть, за исключением последовательно одного из них) добавлялись в концентрациях, применяемых Мейселем.

По методике Мейселя (Мейсель, Помощникова и Трофимова, 1949; Мейсель и Помощникова, 1952) подготавливалась обед­

ненная витаминами культура для засева опытных сред. Поста­ новка опытов подробно описана в методике работы.

В табл. 41 и на рис. 22 дана сравнительная характеристика

потребности в готовых витаминах у термофильного варианта Т3 и исходной культуры — Sacch. cerevisiae XII расы, получен­

ной из одной клетки. Количество размножившихся клеток на

синтетических экспериментальных средах с витаминами опре­ делялось по степени мутности суспензии при помощи фотоэлек­ трического нефелометра-колориметра (ФЭК-Н— 54). В таб­ лице приведены показания нефелометра, характеризующие оптическую плотность суспензии.

Для показаний нефелометра была составлена шкала для пе­ ревода их в соответственное количество клеток: одна шкала для клеток мезофильной культуры, вторая — для клеток тер­ мофильного варианта. Необходимость в составлении двух шкал

cerevisiae XII расы. Он обладал значительной способностью к син­ тезу пантотеновой кислоты (23,3%). Sacch. cerevisiae XII раса, музейная культура1, полностью не способна к синтезу этого витамина. Синтез биотина осуществлялся на 6,5%. Музейной культурой Sacch. cerevisiae XII расой биотин синтезировался примерно на 20%. Исходная культура, как и музейная, полно­ стью синтезировала никотиновую кислоту. Как и у музейного штамма, синтез инозита осуществлялся на 90%, витамина Bi—

примерно на 92 %. Музейный штамм на 100 % синтезировал ви­ тамин Bi.

По сравнению с музейной культурой, которая была способ­ на к самостоятельному синтезу витамина В6 на 95%, выделен­ ный нами из одной клетки штамм отличался заметно снижен­ ной способностью к синтезу этого витамина и осуществлял син­ тез его только на 60%.

Термофильный вариант Т3 по своим потребностям в гото­

вых витаминах отличался от нашей исходной 'мезофильной культуры. У него была еще больше снижена способность к син­ тезу биотина, но зато значительно возросла способность к син­ тезу пантотеновой кислоты. Если обычная культура Sacch. cerevisiae XII раса совершенно.этот витамин не синтезировала и не давала роста на среде при его отсутствии, то исходный штамм, выделенный нами из одной клетки, обеспечивал свои потребности в этом витамине на 20% с лишним, а термофильный

вариант на 43%. Несколько повышен был синтез инозита,

но еще больше снижен синтез витамина Вг. Так, если исход­ ный штамм осуществлял синтез его на 92%, то термофильный только на 76%. Как обычная культура, так и обе наши экспе­ риментальные полностью обеспечивали свои потребности в никотиновой кислоте. Никотиновая кислота — единственный витамин, который эти культуры особенно хорошо синтезиро­

вали.

Наряду с повышенным синтезом пантотеновой кислоты ха­ рактерной особенностью термофильного варианта была резко сниженная способность его к синтезу витамина В6. Если ис­ ходная культура обеспечивала свои потребности в нем на 60%,

то термофильный вариант — всего на 7%.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Термофильные дрожжи, адаптированные к температуре

39—40°, заметно отличаются от мезофильной формы, способ­ ной нормально функционировать при температуре 28—30°.

1 Витаминограмма музейной культуры дрожжей Sacch. cerevisiae XII расы заимствована из книги Одинцовой (1959).

148