Анаболизм и катаболизм бактерий. Апоферменты, коферменты и новые субстраты

Изучение анаболизма и катаболизма позволило обнаружить субстраты, продукты, апоферменты, коферменты и сами реакции метаболических путей. Пастер, учитывая роль химических реакций в процессах брожения, определял выделение ферментов дрожжами. Химики М. Бертло (1860) и Ю. Либих (1870) выделили инвертазу из дрожжей, П. Мигел (1893) - уреазу из бактерий. Однако выделить фермент брожения «алькоголазу» из живых клеток дрожжей (как и кислородвыделяющую систему из листьев растений) не удавалось. Открытие бесклеточного брожения - это пример случайного везения в науке.

 

В 1897 г. Э. Бухнер, приготовив в своей лаборатории в Тюбингене экстракт дрожжей для иммунологических исследований, добавил к нему сахар лишь для того, чтобы сохранить от порчи до утра, и через 20 мин. в экстракте началось образование пены. Это была первая демонстрация сложного биохимического процесса, протекающего без участия целых клеток. Позднее Бухлер наблюдал также стимулирующее влияние ортофосфата на выделение CО2 дрожжами (1903). А. Гарден и В. Янг в Кембридже исследовали процесс брожения в бесклеточном экстракте более детально и обнаружили образование в нем фруктозо-1,6- бисфосфата (1906). Бухнер и В. Энтони (1905), а также Гарден и Янг (1906) открыли действие коферментов. В 1918 г. Отто Мейергоф (1884-1951) обнаружил взаимозаменяемость коферментов в брожении‚ вызываемом бесклеточным экстрактом дрожжей, и в процессе гликолиза в гомогенизированной мышечной ткани.

 

Дальнейший импульс (1911-1912) к изучению процессов брожения дали работы К. Нейберга (1877-1956) B Берлине и С. П. Костычева (1887-1931) с коллегами B Москве (1912-1913), которые исследовали кинетику окислительно-восстановительных реакций. Участие водорода‚ входящего в состав субстрата, во многих ферментативных реакциях было открыто благодаря применению метиленовой сини в качестве акцептора водорода. Восстановление метиленовой сини биологическими тканями обнаружил Пауль Эрлих (1854-1915) в 1885 г.

 

В 1912 г. Генрих Виланд (1877-1957) выдвинул теорию биологического окисления, в которой основную роль в дыхании приписал водороду. В противоположность этому Отто Варбург (1883-1970) основную роль в нем отводил кислороду, связывая дыхание с каталитическим действием железа, входящего в состав гема (1928). Гемсодержащие пигменты были описаны еще B 1886 г. К. Макмюнном; в 1925 г. Д. Кейлин предложил для них название цитохромы. Поскольку Варбург работал с бактериями Acetobacter pasteurianum и Azotobacter (1932), в дальнейшем функции цитохромов изучали в основном на аэробных бактериях.

 

За открытиями, сделанными Бухнером и Гарденом, не последовало быстрого развития работ на бесклеточных экстрактах. Однако многие важные факты выявили Т. Тунберг (1916) и позднее Гарден и Дж. Куастел из Кембриджской школы (1924-1928), которые использовали для изучения бактериальных дегидрогеназ покоящиеся клетки (т. е. суспензии отмытых от среды клеток). В 1920-х гг. были получены чистые культуры большинства бактерий-бродильщиков. Орла-Йенсен (1919) изучил большое число молочнокислых бактерий и провел разделение между гомо- и гетероферментативным типами осуществляемого ими брожения. Гарден определил продукты сбраживапия глюкозы клетками Е. coli и обнаружил (1906) отличия от него процессов брожения, осуществляемых Aerobacter (нынешнее название - Klebsiella) и Serratia. B опытах с бациллами и псевдомонадами в числе продуктов брожения был обнаружен ацетоин. Маслянокислое брожение, открытое в 1861 г. Пастером, изучали на культурах Granulobacter (Clostridium) butyricum (Бейеринк, 1894) и Clostridium pasteurianum (Виноградский, 1895).

ddrug1.png