Mikrobiológia (gombák)

Előnézet

A jegyzetről

Mikrobiológia: gombák részhez segítség (MIKROSZKÓPPAL VIZSGÁLHATÓ GOMBÁK BIRODALMA könyv)

Vásárlás (500 Ft)

Név

Mikrobiológia (gombák)

Típus

Felsőoktatás

Tantárgy

Mikrobiológia

Év

2014

Szak

Biológia

Intézmény

Szegedi Tudományegyetem

0 letöltés

Szerző

b.hanna

Létrehozva

2022-01-06

Oldalak száma

125

Jelentem

MIKROSZKÓPPAL VIZSGÁLHATÓ GOMBÁK BIRODALMA FILOGENETIKAI KAPCSOLATOT ÉRZÉKELTETŐ ALLEGORIKUS ÁBRÁZOLÁS Oktatási segédlet a GOMBÁK VILÁGA előadáshoz 2000 Összeállította Szentirmai Attila Emeritus prof. Novák Ervin Károly tanácsainak felhasználásával Frissítve: 2013 05. 14 1 A dokumentum bármely részének, bármilyen módszerrel, technikával történő másolása és terjesztése tilos! © www.whyz.hu TARTALOMJEGYZÉK A GOMBASEJT ANATÓMIAI FELÉPÍTÉSE A GOMBA SEJTBUROK ANATÓMIAI FELÉPÍTÉSE PLAZMALEMMA és az ENDOPLAZMATIKUS RETIKULUM FIZIOLÓGIAI FOLYAMATOK A CITOPLAZMÁBAN IZOPRÉN-OLIGOMEREK BIOSZINTÉZISE ZSÍRSAV SZINTÉZIS ÉS LEBOMLÁS EUKARIÓTA SEJTMAG A MITOKONDRIUM A GOMBÁK REPRODUKCIÓJA A GOMBÁK SZEXUÁLIS SZAPORODÁSA ÉLESZTŐFÉLÉK (ZYMOMYCOTA) SZAPORODÁSI VISZONYAI A TÖMLŐS GOMBÁK IVAROS SZAPORODÁSA A BAZIDIUMOS GOMBÁK IVAROS SZAPORODÁSA PARASZEXUÁLIS CIKLUS A GOMBASPÓRÁK TULAJDONSÁGAI A DIMORFIZMUS JELENSÉGE A GOMBÁK ÖREGEDÉSE GOMBASZERŰ SZERVEZETEK 4 5 11 13 17 20 22 27 33 35 39 44 49 51 53 62 64 66 ACRASIOMYCOTA —SEJTES NYÁLKAGOMBÁK 66 PLAZMÓDIUMOS NYÁLKAGOMBÁK OOMYCOTA—PETESPÓRÁS GOMBÁK EUASCOMYCOTA ZYGOMYCOTA — JÁROMSPÓRÁS GOMBÁK ASCOMYCOTA—TÖMLŐSGOMBÁK HEMIASCOMYCETES—ÉLESZTŐFÉLÉK EUASCOMYCOTA — FONALAS TÖMLŐS GOMBÁK BASIDIOMYCOTA —BAZÍDIUMOS GOMBÁK DEUTEROMYCOTA — (FUNGI IMPERFECTI) MYCORRHIZAE — GYÖKÉRGOMBÁK 69 73 76 81 87 89 102 110 116 121 2 A dokumentum bármely részének, bármilyen módszerrel, technikával történő másolása és terjesztése tilos! © www.whyz.hu A MIKROSZKÓPPAL VIZSGÁLHATÓ GOMBÁK VILÁGA A MIKOTA birodalomba sorolt szervezetek (µυκος gomba) heterotróf, kemoorganotróf, aerob, illetve fakultatív anaerob élőlények. Rendszertanilag a növényvilágtól független csoportot alkotnak. A Föld felszínén mindenütt előfordulnak. Sikerrel alkalmazkodnak a savanyú körülményekhez és a magas só koncentrációt is elviselik. Termofil fajaik 50oC felett élnek. Az újabb vizsgálatok a környezethez alkalmazkodott szigorúan anaerob fajaik létét igazolták. Részletes megismerésük, szakszerű rendszertani feldolgozásuk azonban méretükből adódóan csak a mikroszkópos technika alkalmazásának, valamint a biokémiai, az analitikai és molekuláris biológiai módszerek bevezetésének köszönhető. A megismert gombák valamilyen áttekinthető rendszerbe foglalása a mikológusok évszázados törekvése. A vizsgálati módszerek és technikák gyorsuló fejlődésének köszönhetően az ismeretanyag bővülése a rendszer állandó változását jelenti. Rendszerbe foglalásukat nehézzé teszi a polifiletikus voltuk, az ivaros szaporodásukra vonatkozó ismeretek hiánya, valamint morfológiai és élettani változatosságuk. A természetes élőhelyükről izolált példányaik leginkább imperfekt alakként kerülnek leírásra. Később az ivaros szaporodási folyamat ismeretében foglalhatják el rendszertani helyüket már perfekt alakként. A jegyzet az ezredvég leginkább elfogadható csoportosításban emlékezik meg a gombavilág fontosabb képviselőiről. A gyakorlati élettel való kapcsolat jegyében tárgyalásra kerülnek az élelmiszer és gyógyszeripar szempontjából fontos gombák, a kórokozók és környezetünk károsítói. Az eddig ismert fajaik száma jóval meghaladja az ötvenezret, viszont mértéktartó források szerint a le nem írt fajok száma jóval meghaladja a milliót. Valódi maghártyával határolt sejtmagjuk Mucor-micélium fejlődése spórából maláta van, tehát eukarióták (ευ alkalmas, agaron καρυον diómag). Sarjadzó ovoid sejtek, (40 óra, 20 oC… A, B, C, D 100 percenként illetve elágazó fonalak formájában követve ) fordulnak elő. Merev sejtfaluk általában kitint tartalmaz. Ammóniát és nitrátot tartalmazó minimál táptalajon is jól fejlődnek. A legkülönbözőbb szerves vegyületek lebontására használható enzimrendszereikkel a cserzett bőrt, a fát és annak lignintartalmát, a csontot, a viaszt, sőt a műanyagok egy jelentős részét is lebontják. A természetben végbemenő anyagforgalomban fontos szerepet játszanak. Anyagcseréjük magas szinten szabályozott; ennek a mechanizmusa azonban a prokariótákénál bonyolultabb volta miatt nehezen vizsgálható. A katabolikus represszió jelenségét először éppen a pékélesztőknél fedezték fel a századforduló idején. Ennek a szabályozó mechanizmusnak a genetikai elemeit azonban ma sem ismerjük részleteiben. Az eukarióta sejt kialakulására vonatkozó szimbionta elmélet egy ősi Gram-negatív baktérium (Proteobacteria) által bekebelezett ősbaktérium (Archaeobacteria) egymást segítő kölcsönhatásának termékét véli felfedezni bennük. Az együttélés folyamán az ősbaktérium éterkötésű lipidje eliminálódott, a magállományának szerveződése, a fehérjeszintézis és a riboszóma szerveződése uralkodóvá vált. A sejtmagot körülvevő kettős membrán és a belső membrán rendszer a bekebelező Gram negatív baktériumból eredeztethető. 3 A dokumentum bármely részének, bármilyen módszerrel, technikával történő másolása és terjesztése tilos! © www.whyz.hu A BIOSZFÉRA KIALAKULÁSA év (logaritmikus időtengelyen ábrázolva) 5x109______________________________________________________________________ 4x109 atomok evolúciója kémiai evolúció 3x109 ős anaerob prokariota megjelenése anaerob fotoszintetizálók megjelenése 2x109 fotoszintetizáló cianobaktériumok megjelenése oxigén megjelenése a légkörben 1x109. eukarionta algák megjelenése soksejtű növények 5x108 szárazföldi növények gerincesek kétéltűek hüllők emlősök KAMBRIUM ORDOVICIUM SZILUR DEVON KARBON PERM TRIÁSZ JURA madarak KRÉTA 1x108______________________________________________________________________ főemlősök PALEOCÉN 5x107 EOCÉN OLIGOCÉN 2x107 MIOCÉN 1x107 __________________________________________________________________ 5x106 PLIOCÉN Australopithecus 2x106 PLEISZTOCÉN Homo erectus 1x106_________________________________________________________________ Jellemző az élővilág fejlődésének a felgyorsulása Az aerob viszonyokhoz alkalmazkodni vágyó ős-eukarióta később elektronakceptorként oxigént hasznosító légzőrendszert kifejlesztő baktériumokat kebelezett be. Ezek az önállóságukat vesztett szervezetek ma mitokondriumként szolgálják bekebelező gazdájukat. A paleontológiai adatok a petespórás gombáknak a prekambriumban való megjelenését igazolják. A vizigombák jelenléte a kambriumban valószínűsíthető. A tömlős gombák a szilur, a bazídiumos gombák és a gyökérgombák a devon és karbon korban terjednek el. 4 A dokumentum bármely részének, bármilyen módszerrel, technikával történő másolása és terjesztése tilos! © www.whyz.hu A GOMBASEJT ANATÓMIAI FELÉPÍTÉSE A gombák vegetatívan növekedő eleme a hifa, amely elágazó micélium szövedéket (υϕαι szövedék) alkotva hozza létre a tenyésztestet, a talluszt. Az elemi fonal a baktérium méretét jóval meghaladó, 2-10 µm átmérőjű, elágazó, csőszerű képlet, amely sok esetben harántfalakkal (sszeptumokkal) elválasztott rekeszekből (interszeptum) áll. plazmalemma mitokondrium A fonalas gomba szerveződésének vázlatos rajza vakuólum endoplazmás retikulum hifafal mag 1 µm mitokondrum riboszómák A gombafonalakat laktofenollal, gyapotkékkel, fukszinnal festve (Poirrier`s kék) jól vizsgálható készítményhez jutunk. A mikroszkópi képeken jól látható, hogy az interszeptumokat elválasztó falakon levő finom pórusok a citoplazmaszakaszok között fenntartják a kapcsolatot (cönocita). Ebből következik, hogy a gombatelep sejtmagjai végeredményben egységes citoplazma tömegben (cönocitiás, álsoksejtű) működnek. Az interszeptumokat elválasztó másodlagos fal, a sejtmag osztódása után — maga előtt tolva a plazmalemmát — a gombasejtfal belső oldaláról kiindulva türemlik a hifa belső üregébe. Ez a másodlagos képződmény ugyancsak kitint és fehérjét tartalmaz. Elektronmikroszkópos felvételeken a válaszfal középvonalában egy elektronáteresztő réteg látható. A válaszfal egyébként sohasem záródik teljesen, egy vagy több póruson keresztül a két sejt (interszeptum) közvetlenül vagy a membránon keresztül érintkezik, ami lehetővé tesz bizonyos mértékű anyagáramlást a sejtek között. A hifa sérülése esetén a közeli pórusok áteresztőképességének a csökkenése akadályozza a plazma távozását a gombafonalból. A bazídiumos gombákban a válaszfal pórusainak fedésére különleges Az interszeptum pórusainak rajza fehérjetartalmú membrán szolgál. A gombákban levő dolipórust egy vékony endoplazmás retikulum eredetű parentoszomának nevezett membránszerkezet fedi. 5 A dokumentum bármely részének, bármilyen módszerrel, technikával történő másolása és terjesztése tilos! © www.whyz.hu A táptalajban — növényi vagy állati eredetű szerves anyagban — növekedő összefonódott hifatömeg a szubsztrátmicélium; a táptalajból kiemelkedő fonaltömeg a légmicélium. Ezek összessége az egy, vagy több talluszból alakuló gombatelep. A vegetatív szaporító képletük (propagulum) kétféle lehet: a konídiogén sejtből kinövő új képlet, a konídium, vagy a plazma feldarabolásával létrejövő mitospóra. A gombatelepről leszakadó micéliumdarabok is képesek új telep kialakítására. A tápközeg fölé emelkedő légmicéliumot reproduktív micéliumnak is nevezik, mert ezen találhatók a vegetatív spóraképző képletek, illetve a meiospórát képző szexuális szaporító szervek. A gombatelepek a gombfonalak összefonódása miatt a baktériumtelepeknél sokkal szívósabb tömeget képviselnek. Mivel a gombafonalak apikális, azaz csúcsi (akrogén) növekedésűek, genetikailag a telep közepe őrzi az eredeti tulajdonságok információját. A szilárd felületen növekvő telep koncentrikus körök mentén azonos korú és biológiai állapotú fonalakból áll. A külső körön található, éppen növekedő hifadarabok így sok esetben genotípusában megváltozott, degradálódott (elöregedett) fenotípust képviselnek. Az idősebb telep közepén általában jól észlelhető nekrotikus hatások érvényesülnek a tápanyag és az oxigén hiánya, valamint a képződő szerves savak feldúsulása miatt. — A fonalas gombák jelentős része az ivari folyamatot követően, általában szabad szemmel is jól látható, a szaporító szervek, illetve a kitartó képletként is szereplő meiospórák védelmét szolgáló termőtestet képez. Másik csoportjuk jól észlelhető bevonatot alkot a tápközegként szolgáló anyag felületén. A GOMBA SEJTBUROK ANATÓMIAI FELÉPÍTÉSE A gombatenyészet citoplazmáját a környezettől a sejtburok különíti el. Itt van a membránon kívül működő enzimek munkahelye. A sejtburoknak morfológiailag jól elkülöníthető része a sejtfal. Ez a plazmalemma külső oldalán elhelyezkedő, alakmeghatározó, de azért rugalmas szerveződés, amely elektronmikroszkóppal készült felvételeken szubmikroszkópos fonalszövevényként jelenik meg. Kémiailag olyan poliszacharidban dús fehérje-komplex, amely lipideket és melanint is tartalmazhat. Olyan szénhidráttartalék, amelyet adott körülmények között a gombasejt hasznosítani képes. A gombasejtfal kialakult szerkezete a citoplazma számára az ozmózisos megterheléseket elviselhetővé teszi, de ugyanakkor a 4-5 kDa méretű molekulák számára könnyen átjárható. Felépítéséből következik, hogy a felületi antigének hordozójaként a fajok szerológiai azonosítására ad lehetőséget. A gombasejtfal felépítésére vonatkozó általános séma nem könnyen adható, különösen a fonalas gombák esetében. Itt ugyanis a micélium legaktívabb anyagcserét folytató régiójában az apikálisan növekedő hifacsúcs felé a fal vastagsága és felépítése is folyamatosan változik. Jelentős eltérést látunk a fonalas gombák és az élesztők között is. Fonalas gombasejtfal vázlatos rajza citoplazma plazmalemma (membrán) fehérje-kitin réteg (18 nm) fehérjeréteg (9 nm) glükoprotein réteg (49 nm) fehérje szemcsékkel amorf R glükán (87 nm) A Neurospora crassa sejtburkának morfológiai vizsgálatakor a plazmalemmán kívül négy réteg különíthető el. A külső, 80-90 nm vastagságú β-1,6 és β-1,3 glikozidos kötéssel kapcsolódó lúgstabil glükánt és oldhatatlan amorf R-glükánt tartalmazó réteg mögött 50 nm vastag 6 A dokumentum bármely részének, bármilyen módszerrel, technikával történő másolása és terjesztése tilos! © www.whyz.hu glikoprotein hálózatot találunk, ami szorosan kötődik a 9-10 nm vastag fehérje réteghez. Ezen belül helyezkedik el a plazmalemmát burkoló, 18 nm vastag réteg, amely végeredményben fehérjébe ágyazott kitinfonalak hálózata. Az érett hifa sejtfala 125-150 nm vastag; a fiatal növekedő fonal csúcsán viszont a fal vastagsága nem haladja meg az 50 nm vastagságot. A fal itt főleg a két belső rétegből áll. –Az öreg hifák falában festék lerakódást, fényvédő melanin rögök és oxidált fenolpolimerek feldúsulását észleljük. A sejtfal csekély lipidtartalma valószínűleg a kiszáradástól védi a micéliumot. A poliszacharid-láncokat és a fehérjét a nagyobb mennyiségben jelenlevő bázikus aminosav építőelemek töltésviszonyai (lizin, citrullin, hisztidin, glutamin, aszparagin) és a szénhidrátláncok redukáló csoportjai között kialakuló, adott esetben Schiff-bázis jellegű kötések kapcsolják össze. Az élesztősejtfal külső mannán-fehérje rétegét diszulfid-hidak merevítik. Még több a diszulfidkötés a pszeudohifát képző sejtek falában. Ez a szerkezet megakadályozza a falban működő enzimek (E) eltávozását, de védi a sejtfalat a közegben előforduló sejtfalbontó enzimek roncsoló hatásától is. Polarizációs mikroszkópi technikával nyert adatok szerint az élesztő külső mannán rétegének elemei radiálisan, a belső rétegek viszont a sejtfelszínnel párhuzamosan, kötegekbe rendeződve helyezkednek el. Különböző gombák sejtfal összetétele (%-os arány) Deacon adatai szerint Glükán Cellulóz Kitin Kitozán Mannán Fehérje Lipid Allomyces 16 0 58 0 0 10 0 Phytophthora* 54 36 0 0 <1 5 3 *színtelen alga!? Mucor 0 0 9 33 2 6 8 Aspergillus 43 0 19 0 2 11 5 Saccharomyces 29 0 1 0 31 13 9 A fal szárazanyag-tartalmának 75 %-a poliszacharid. Ezeket a polimereket szerkezet és funkció szerint két csoportra osztva tárgyaljuk. Elsőként a vázfeladatot ellátó, vízben nem oldható, kristályos szerkezetű glükán, kitin, kitozán és a ritkábban előforduló cellulóz poliszacharidokat vizsgáljuk. A mátrix jellegű, amorf homo- és heteropolimereket, amelyek általában fehérjével asszociálódva töltik ki a váz üregeit, a második csoportba soroljuk. R-GLÜKÁN. Általában 60 D-glükóz építőelemet tartalmazó (lúgrezisztens) polimerek, amelyekben a glükózmolekulák ß-1,3 illetve ß-1,6-glikozidos kötéssel kapcsolódhatnak. A két kötéstípus aránya fajokra jellemző. Az egyenes lánc lehetőséget ad az intermolekuláris és az intramolekuláris hidrogénkötések létrejöttére, ami növeli a fal szilárdságát és ellenállóképességét. A ß-1,6 kötés minden esetben elágazást jelent, amely az oldhatóságot erősen befolyásolja. — Saccharomyces cerevisiae-nél a nagy molekulaméretű, oldhatatlan ß-1,3-glükán mellett a ß-1,6- elágazás mindössze 3 %-ban fordul elő, viszont a vízoldható frakcióban, az uralkodó ß-1,6 kötés mellett a ß-1,3-kötés csak 19 %-ot ér el. S-GLÜKÁN. Lúgos körülmények között oldódó (lúg-érzékeny), főleg α-1,3-kötést tartalmazó lineáris polimerek, amelyek főleg a fal külső rétegében a tömlős és a bazídiumos gombákban fordulnak elő nagyobb mennyiségben. A termőtestekben tartaléktápanyagként halmozódik fel ez 7 A dokumentum bármely részének, bármilyen módszerrel, technikával történő másolása és terjesztése tilos! © www.whyz.hu a poliszacharid. (Az Aspergillus nemzetségben egy olyan glükán /nigerán/ található, amelyben az α-1,3 és az α-1,4 kötés alternáltan fordul elő.) HEXÓZAMIN POLIMEREK közül a kitozán (glükózaminból felépülő, ß-1,4 kötésű homopolimer) fordul elő a Phycomyces és a Mucor fajokban. A Zygomycetes-ben a kitin mellett kitozán is található. Az Aspergillus sejtfalban D-galaktózamin polimer, a Mucor-félékben pedig poliuronidok is találhatók. CELLULÓZ. Ez a növényvilágra jellemző szerkezeti elem a tömlősgombák Ophiostoma és Ceratocystis nemzetségeiben fordul elő. A helikális szerkezetet párhuzamosan elhelyezkedő, lineáris ß-1,4-glükán láncok között kialakuló hidrogénkötések szilárdítják. Az elektronmikroszkóppal látható fonalas szerkezet legkisebb eleme 3,5 nm. A sejtfal ß-1,4 kötésű poliszacharidláncainak perjódsavval oxidált vicinális hidroxil-csoportjai savanyú fukszinnal (PAS) jól festhetők. KITIN. A cellulóz sejtfal-alkotórészt tartalmazó Oomycetes kivételével vakamennyi gomba csoport sejtfala kitint is tartalmaz. Szekezete a cellulózétól csak annyiban különbözik, hogy a C2-es atomon a hidroxil-csoport helyett acetamido-csoportot találunk. Ez a tipikusan vázfeladatot ellátó poliszacharid N-acetil-glükózaminból felépülő, ß-1,4 kötésű homopolimer. Általában az R-glükánnal alkot komplexet. Ilyenkor lizint és citrullint tartalmazó oligopeptidek kapcsolják össze a polimereket kovalens kötésekkel. — A Hyphochytridiomycetes sejtfala a glukan mellett cellulózt is tartalmaz. — 8 A dokumentum bármely részének, bármilyen módszerrel, technikával történő másolása és terjesztése tilos! © www.whyz.hu Gombasejtfal polimerek kémiai szerkezete Különböző rendszertani egységekbe sorolt szervezetek sejtfalának kémiai összetétele jelentős eltérést mutat. Egyes esetekben, például a Cryptococcus laurentii glükoprotein nyálkatokjában pentóz előfordulását, a Neurospora crassa-ban pedig D-galaktozil-szerin előfordulását igazolták. Az eddigi vizsgálatok szerint a sejtfalban található, katalitikus feladatot ellátó fehérjék is glikoproteinek. — A Zymomycota fajok falépítő alkotórészként főleg glükánt és mannánt tartalmaznak. Kitint csak a sarjhegek környékén találunk. A sarjadzókban D-galaktóz, a fonalasban D-glükuronsav fordul elő.— Az Ascomycota sejtfalában főleg kitin és glükán fordul elő. Kisebb mennyiségben D-mannóz, D-galaktóz,D-galaktózamin is kimutatható. A Taphrinomycota sejtfalában kitin, glükán, mannán, minor elemként D-galaktóz és L-ramnóz, az Ustomycota sejtfalában kitin és glükán mellett D-xilóz található.— A Basidiomycota kitint és glükánt tartalmazó sejtfala minor elemként D-mannózt, glükuronsavat, D-xilózt és L-fukózt is tartalmaz. — A Zygomycota sejtfalában foszfáttartalmú glükuronid és kitozán a fő alkotórész, kitin csak kisebb mennyiségben (10 %) fordul elő, mindössze 5-10 % fehérjetartalom mellett. Minor komponensként L-fukóz jelenléte említendő. Jelentős eltérést tapasztalhatunk azonban egy-egy törzs sejtfalösszetételében, ha különböző korú, illetve különböző életciklusban levő tenyészetük adatait vetjük össze. A Mucor rouxii sejtfal összetétele különböző életciklusban a szárazanyag százalékában élesztő alak Fonalas alak Sporangium hordozó Spóra Kitin 8,4 9,4 18,0 2,1 Kitozán 27,9 32,7 20,6 9,5 Mannóz 8,8 1,6 0,9 4,8 Glükuronsav 12,2 11,8 25,0 1,9 Glükóz 0,1 42,6 más cukor 4,3 5,4 3,0 4,8 Fehérje 10,3 6,3 9,2 16,1 Lipid 5,7 7,8 4,8 9,3 foszfát 22,1 23,3 0,8 2,6 melanin 10,3 9 A dokumentum bármely részének, bármilyen módszerrel, technikával történő másolása és terjesztése tilos! © www.whyz.hu A SEJTFAL ÉPÍTŐELEMEINEK KÉPZŐDÉSE A fehérje-poliszacharid komplex építését a plazmalemma belső oldalán elhelyezkedő 1,3-glükán-szintetáz végzi a citoplazmában képződő UDP-glükóz építőelemekből. Külön enzim szolgál az 1,4 és az 1,6 kötések kialakítására. A mérhető enzimszint a növekedési ciklusokban eltérő értéket mutat, legalacsonyabb a sarjsejt leválásakor. Sejtmentes körülmények között végzett vizsgálatok szerint a Saccharomyces cerevisiae-ből izolált glükán-szintetáz aktivitását fokozni lehetett Mg-ionnal, az UDP és a glükonsavlakton viszont gátolta az enzim működését.—A glükoprotein alkotórész szintézise több lépés összehangolt működését igényli. A pékélesztő sejtfalában a fehérje hidroxi-aminosavaihoz (Ser/Tre) O-ß-glikozidos kötéssel kapcsolódó mannóz-oligomerek közvetlenül GDP-mannózból származnak. Fehérjéhez kötődő mannóz-oligomer képződése pékélesztőben Dolichoil-P GDP-mannóz Dolichoil-P-mannóz Fehérje-Ser/Tre Fehérje-(Ser/Tre)-mannóz 3 x GDP-mannóz Fehérje-(Ser/Tre)-Man-Man-Man-Man Ezek a glikoproteinek olyan fehérjetartalmú poliszacharidok, amelyekben a cukor-molekulák, illetve az oligomerek a fehérjelánc hidroxiaminosavaihoz O-glikozidos, az aszparaginhoz pedig N-glikozidos kötéssel kapcsolódnak. Fő feladatuk a fal fibrilláris elemeinek az összetapasztása. Legismertebb képviselőjük az élesztőben előforduló, lúgban oldódó mannán, amelynek a különböző hosszúságú, maximum 150 mannozil egységet tartalmazó polimer főláncában a mannóz egységek ß-1,6 kötéssel, a manno-oligoszacharid oldalláncok pedig α-1,3, illetve ß-1,3 kötéssel kapcsolódnak. A 12-17 mannozil egységből álló belső szakasz N-glikozidos kötéssel egy N,N -diacetil kitobióz egységen keresztül a peptidlánc aszparagin tagjához kapcsolódik. A külső régióban foszfát-észterek kapcsolhatják az oligomereket egymáshoz. A fehérje hidroxi-aminosavaihoz (szerin és treonin) rövidebb, maximum négy mannóz egységből álló oligomerek kapcsolódhatnak. Fehérje-mannán sejtfal szerveződése az élesztőben A kitin szintézisét végző enzim a sejtben képződő N-acetilglükóz-aminiluridin-difoszfátból építi fel a polimert. Ezt a kitin-szintetáz enzimet a plazmalemmához kötve, illetve a protoplasztok membránfrakcióiban is megtalálták. Itt kisméretű (40-70 nm) mikro-vezikulumokban (kitoszóma) látens formában halmozódik fel, majd proteolitikus hatásra felszabadulva, a kitinfonalak továbbépítésében vesz részt. Az enzim működésének szabályozása a sejtciklusoknak megfelelően feltétlenül indokolt, bár a szabályozás mikéntjéről megbízható adatokkal nem rendelkezünk. 10 A dokumentum bármely részének, bármilyen módszerrel, technikával történő másolása és terjesztése tilos! © www.whyz.hu Polimannóz képződése és kötődése a fehérje aszparagin építőeleméhez G-6-P > F-6-P > Mannóz-6-P glutamin glutaminsav Glükózamin-6-P M-1-P - acetil-CoA CoA-SH N-acetil-glükózamin-6-P citoplazma N-acetil-gükózamin-1-P UTP ============== Dolichoil-P GTP N-acetil-glükózamin-UDP UMP ================ ======== Dol-PP-N-acetil-glükózamin N-ac-glükózamin-UDP Erzsipe m e m b r á n Dol-PP-(N-acetil-glükózamin)2 GDP-Man Dol-PP-(N-acetil-glükózamin)2-Man 3 x GDP-Man Dol-PP-(N-acetil-glükózamin)2-Man4 Dolichoil-P Dol-PP-Man-Man-Man-Man-Man 2 Dol-PP-(N-acetil-glükózamin)2-Man9 Dolichoil-P 3 x G-1-P | Dol-P-glükóz3 Dol-PP-(N-ac-glükózamin)2-mannóz9-glükóz3 ========================= Fehérje-(Aszparagin) Dolichoil-PP============= periplazma Fehérje-(Asn)-(N-acetil-glükózamin)2-mannóz9-glükóz3 3 x glükóz Fehérje-(Asn)-(N-acetil-glükózamin)2-mannóz9 3 x GDP-mannóz Fehérje-(Asn)-(N-acetil-glükózamin)2-mannóz12 50 - 300 x GDP-mannóz Fehérje-(Asn)-(N-acetil-glükózamin)2-mannóz60-300 A glikoprotein építőelemek képződése a citoplazmában indul, ahonnan dolichoil-foszfáthoz kötődve kerül a membránon keresztül a periplazmába, ahol polimannózzá szerveződve glükózaminon keresztül kapcsolódik a fehérje aszparagin eleméhez. A fehérjelánc az endoplazmás retikulumban képződik. A fonalas gombákban a fehérjének az aszparagin oldalláncai lépnek reakcióba a l7-20 izoprénből felépülő dolichoil-pirofoszforil oligoszachariddal. Az aszparagin karboxamid csoportjához N-glikozidos kötéssel kapcsolódó poliszacharid lánc felépítéséhez szükséges UDP-N-acetil-glükózamint és a guanozil-difoszfáthoz kötött mannóz (GDP-mannóz) egységeket az intermedier anyagcsere szolgáltatja. Eddig a folyamatban résztvevő több mint 23 gén szerepét bizonyították. 11 A dokumentum bármely részének, bármilyen módszerrel, technikával történő másolása és terjesztése tilos! © www.whyz.hu PLAZMALEMMA és az ENDOPLAZMATIKUS RETIKULUM A citoplazma és a sejtfal között található az elektronmikroszkópos felvételeken jól látható háromrétegű membrán, amit plazmalemmának neveznek. A sejtfaltól megszabadított protoplasztból könnyen nyerhető és vizsgálható. A plazmalemma felépítésében és feladatában a prokariota membránhoz hasonlítható. A különbség a foszfolipidet és fehérjét tartalmazó plazmalemma jelentős szterin-tartalmából (főleg ergoszterin) következik. Ez az amfipátiás, poláros és apoláros molekularészt tartalmazó vegyület 1:5 - 1:10 arányban szerepel a membrán építőelemei között. Nem véletlen, hogy a szterin szintézise szinte minden gombában kimutatható. A membrán szterin tartalmával függ össze a gombák szaponin és polién érzékenysége. A polién a szterinhez asszociálódva károsítja a membrán szerkezetét. — A gombaprotoplaszt előállítására a Helix pomatia gyomornedve eredményesen használható. Ez a helikáznak nevezett készítmény több mint harminc enzim keveréke (glükanáz, mannanáz, glükuronidáz, kitináz, stb.). De jó eredménnyel használható a novozim nevű készítmény, amely egy gombatenyészet (Trichoderma nemzetség) által termelt enzimkeverék. Régebbi irodalom a gombák között tárgyalja az Oomycetes csoportot, amelynek hírhedt képviselője a szőlőperonoszporát okozó Plasmopara viticola. Ezek membránja nem tartalmaz szteroidot, amiből következik hogy az oomycetes csoport növekedését nem gátolják a polién típusú fungisztatikumok, hiszen nincs amihez kötődjenek. Rézérzékenységük színtelen alga jellegükből következhet. A gombasejtekben sok membránnal körülvett kisebb-nagyobb vezikulum és vakuólum figyelhető meg. Különösen sok apró vezikulum található a növekedő csúcsi részében. Ez a belső membránrendszer valószínűleg hasonló szerepet tölt be, mint a magasabb rendű szervezetek Golgiapparátusa. Ezek a kisméretű vezikulumok részben a plazmalemmából transzport feladatot ellátó lefűződő (endocitózis) lizoszómáknak tekinthetők, de – kapcsolatot teremtve a belső és a külső tér között – szekréciós feladatot (exocitózis) is elláthatnak. Az öregebb, vastagabb falú micéliumban a vakuólumok száma csökken, méretük viszont jelentősen megnő. A sejtfal építőelemeit és az enzimeket az endoplazmás retikulumból származó vezikulumok szállítják a plazmalemmához. A vezikulumokat a potenciál grádiens hajtja a növekedő csúcs, a csúcsi test felé. A csúcson –25 mV, 7-8 mm-rel hátrább –127 mV membránpotenciál mérhető. A vezikulumok a hifacsúcson a plazmalemmával összeolvadva végül is a periplazmás térbe kerülnek, ahol az általuk szállított építőelemek elhelyezkednek a sejtfalban.A periplazmás térbe nyúlnak a membránból felpödrődött, lomaszómaként ismert képletek. Az endoplazmás retikulumban képződő vezikulumok az öregedő fonalakban összetapadva egyre nagyobb méretű, úgynevezett szekunder lizoszómákat, nagyméretű vakuólumokat alkotnak. Ezek a vakuólumok a plazmalemmáról lefűződő és a környezetből származó tápanyagokat hordozó vezikulumok tartalmát is magukba fogadhatják és ezzel bizonyos anyagok képződését, illetve raktározását 12 A dokumentum bármely részének, bármilyen módszerrel, technikával történő másolása és terjesztése tilos! © www.whyz.hu teszik lehetővé.— Az építőelemek behelyezkedését elősegítendő, a sejtfal apikálisan növekedő szakaszán a sejtfal építőelemeit fellazító, ugyancsak vezikulumok által szállított hidrolázok működnek. Az új építő elem az így fellazított sejtfalelemek közé csúszva, oda beilleszkedve foglalja el helyét. A gombasejtfal növekedő szakaszán a felépítő és a lazító hatás közel egyensúlyban van. A fellazuló sejtfalat a belső nyomás tágítja, és az így képződő lazult fonalak közé épül be az újabb építőelem. Ugyanez figyelhető meg a micélium elágazásakor. A micélium valamelyik szeptumában megjelenő csúcsi test elindítja a folyamatot, fellazítja a sejtfalat. A belső nyomás hatására kitüremlő ágacskával megindul a másodlagos hifa növekedése. MIKROTESTEK A mikrotestek (mikroszómák) vékony lipid membránnal körülvett, különböző élettani feladatok megoldására szolgáló enzim-szerveződések. Méretük változó (0,1-1,7 µm). Képződésüket a tenyésztő közeg összetétele befolyásolja. Ilyen feladatot lát el a zsírsav-oxidációt végző enzimkomplex és az acetil-CoA felhasználását segítő glioxilát ciklus a glioxiszómában. Ilyen a hidrogén-peroxid képződést katalizáló és a peroxidot elbontó katalázt tartalmazó peroxiszóma; a légköri oxigént hasznosító oxidázok (metanol-oxidáz, aminosav-oxidáx, glükóz-oxidáz, koleszterin-oxidáz, stb.) és a hidrogént hasznosító hidrogenáz tevékenységét elkülönítő testecske. Jellemző ezekre a mikroszómákra, hogy a finoman szabályozott köztes anyagcserétől elválasztva a sejt számára életfontosságú feladatokat látnak el. KAPCSOLAT A KÖRNYEZETTEL Nitrogén forrásként a nitráttól a fehérjéig minden lebontható anyag alkalmas számukra. A szén:nitrogén arány szempontjából előnyös a 10:1 arány, de akár 50:1 arány esetében is képesek növekedni. A kénvegyületek közül a szulfát általában jól hasznosul. A Saprolegniales csoport azonban csak redukáltabb ként képes hasznosítani. A foszfor – savanyú körülményeket teremtve – aktív transzporttal vehető fel. Ez a képességük a mikorrhizák jelentőségét növeli a növényvilág számára. A fémionok felvétele esszenciális. Különösen fontos a vasfelvétel. Erre a célra speciális karrier vegyületek az úgynevezett sziderofórok szolgálnak. Ilyen kelátképzőt nem termelő gombák felületén igen aktív ferri-reduktáz aktivitás segíti a vasfelvételt. A Neurospora és a Penicillium coprogént termel, amely három acetilezett és hidroxilezett ornitinből épülve a vasat hidroxamátként köti. Ez a sziderofor tömlős és bazidiumos gombák körében igen elterjedt.— A Járomspórás gombáknál a két citromsavból felépülő rizoferrin teljesíti ezt a feladatot. A putreszcinhez kapcsolódó két citromsav a hidroxamát tipusú transzporterekhez képest gyengébb vas-komplexet ad. 13 A dokumentum bármely részének, bármilyen módszerrel, technikával történő másolása és terjesztése tilos! © www.whyz.hu FIZIOLÓGIAI FOLYAMATOK A CITOPLAZMÁBAN Hifacsúcs vázlatos rajza (elektronmikroszkópos felvételek alapján) Áteső fényben a citoplazma sejtfallal körülzárt üres tér. Fáziskontraszt mikroszkóppal – nagyobb nagyításban – szerkezeti elemek jelenlétét észleljük. Elektronmikroszkóppal viszont az ábrán bemutatott, sejtmaggal, vakuólákkal, vezikulummal, membrán szerveződésekkel, mitokondriumokkal és riboszómákkal tele beltartalmat szemlélhetünk. A citoplazmában folynak az élet fenntartásához szükséges felépítő és lebontó folyamatok. A gombák – a vad törzsek – nitrátból és valamilyen szénforrásból (Czapek-Dox táptalajon) is képesek a szervezetük felépítéséhez szükséges anyagok teljes választékát (fehérjék, zsírok, szénhidrátok, vitaminok) előállítani. Sőt a szubsztrátszintű foszforilációval az élet fenntartásához szükséges energia (ATP) nyerése is lehetséges. A citoplazmában zajló anyagcsere folyamatok a gomba környezetéből felvehető vegyületekből szerzett elektronok felhasználásával állítja elő az élettani folyamatok szempontjából fontos redukáló miliőt. Nézzük tehát a citoplazmában folyó fontosabb reakció utak vázlatait. SZÉNHIDRÁTMETABOLIZMUS A CITOPLAZMÁBAN 1); xilóz-5-foszfát foszfoketoláz 2); dihidroxiaceton szintház 3); alkohol oxidáz 4); dihidroxiaceton reduktáz 5); dihidroxiaceton kináz 6); glicerol foszforiláz 7); glicerinfoszfát oxidoreduktáz 8); GAP-DHAP izomeráz 9); hexokináz (pentokináz) 14 A dokumentum bármely részének, bármilyen módszerrel, technikával történő másolása és terjesztése tilos! © www.whyz.hu 100 mmol glükózból képződő fermentációs termék pékélesztő tenyészetben Vajsav 0,21 mmol Etanol 129,9 mmol Tejsav 1,37 mmol Butándiol 0,7 mmol Ecetsav 15,15 mmol Glicerin 32,3 mmol Hangyasav 0,49 mmol szén-dioxid 148,5 mmol 0,68 mmol Borostyánkősav A HEXÓZMONOFOSZFÁT-ÚT ÉS A PENTÓZFOSZFÁT-CIKLUS VÁZLATA 6 G-6-P + 12 NADP+ ------------------------------------------> 6 CO2 + 5 G-6-P + 12 NADPH 6 GLÜKÓZ-6-FOSZFÁT (G-6-P) <------ 6 NADP+ -------> 6 NADPH 6 glükonolakton-6-foszfát ------> 6 HOH 6 glükonát-6-foszfát (6PG) <---------6 NADP+ --------->6 NADPH ---------------------> 6 6 ribulóz-5-foszfát (Ru5P) O X I D A T I V R E V E R Z I B I L I S epimeráz 2 + G6P-dehidrogenáz 6PG-dehidrogenáz CO2 izomeráz 2 xilulóz-5-foszfát (Xu5P) 2 ribóz-5-foszfát (R5P) transzketoláz 2(GAP) glicerinaldehid-3-foszfát szedoheptulóz-7-foszfát 2 (Se7P) transzaldoláz 2(E-4-P) eritróz-4-foszfát fruktóz-6-foszfát 2 (F-6-P) Á T transzketoláz A L A K izomeráz U L 2 GAP <-----------------------------> DHAP 2 Á 2 (F-6-P) S aldoláz I fruktóz-1,6-biszfoszfát (F-1,6-P2 ) S Z Pi foszfatáz A K fruktóz-6 foszfát (F-6- P) A S G6P-F6P izomeráz Z 5 GLÜKÓZ-6-FOSZFÁT A törzsfejlődés színpadán a környezetből felvehető anyagok jelenléte lehetőséget adott egyegy enzim elvesztésére, bizonyos reakció utak átrendezésére, elgyengülésére, ami végeredményben a diverzitás fokozódásához vezet. A sejtpartikulában folyó reakció utak enzimei – szinte kristályos formában – szoros asszociációban teljesítik feladatukat. 15 A dokumentum bármely részének, bármilyen módszerrel, technikával történő másolása és terjesztése tilos! © www.whyz.hu Szubsztrátszintű foszforiláció mechanizmusa fonalas gombákban (vázlat) GLÜKÓZ Glükonsav + ATP ∆g° FAD glükóz-oxidáz FADH2 exokináz -16 kJ ??? + ADP NADP NADPH G-6-P 6-PG G6P dehidrogenáz (-NADPH) G6P-izomeráz +1,6 kJ NADP+ CO2 F-6-P 6-PG dehidrogenáz (−ATP,−citrát ATP Pi NADPH +ADP,+AMP) bisz-foszfatáz Ru-5-P F6P-kináz -14.2 kJ epimeráz | ADP F-1,6-P2 | Xu-5-P aldoláz +23,98 kJ foszfoketoláz DHAP GAP izomeráz Pi NAD+ GAP dehidrogenáz + 6,279 kJ NADH 1,3-PG ADP PG kináz -18,84 kJ ATP 3-PG PG mutáz | + 4,43 kJ 2-PG PG enoláz |−−>H2O + 1,8 kJ P-E-P ADP piruvát kináz -31,39 kJ (+FDP −citrát) ATP PIRUVÁT Piruvátdekarboxiláz CO2 ACETALDEHID NADH Acetil-P CoA-SH foszfotranszacetiláz CO2 NAD+ NADH CoA-SH Αcetil-S-CoA TPP piruvát dehidrogenáz (−ATP) NADH tejsavdehidrogenáz NAD+ TEJSAV alkoholdehidrogenáz NAD+ ETANOL Pi zsírsavszintézis terpénszintézis ( –, + gátló illetve serkentő szabályozó szerepet betültő elemek felsorolása) 16 A dokumentum bármely részének, bármilyen módszerrel, technikával történő másolása és terjesztése tilos! © www.whyz.hu AZ EUKARIÓTA SEJT CITOPLAZMÁJÁBAN FOLYÓ SZÉNHIDRÁTANYAGCSERE A MŰKÖDŐ ENZIMEK: 1); hexokináz 2); foszfoglükomutáz 3); UDPG-pirofoszforiláz 4); trehalóz-foszfát szintház 5); trehalóz-foszfát foszfatáz 6); trehaláz 7); glükogén szintház 8); glükogén foszforiláz 9); α(1-4),(1-6) glükozidáz 10); foszfoglükóz izomeráz 11); mannitol-foszfát dehidrogenáz 12); mannitol-foszfát foszfatáz 13); mannitol dehidrogenáz 14); foszfofrukto-1-kináz 15); fruktóz-1,6-bisfoszfatáz 16); aldoláz 17); triózfoszfát izomeráz 18); GAP dehidrogenáz 19); foszfoglicerát mutáz 20); enoláz 21); piruvát kináz 22); piruvát karboxiláz 23); foszfoenolpiruvát karboxikináz 24); fruktóz-6-foszfát-2-kináz 25); fruktóz-2,6-bisfoszfatáz 26); malát dehidrogenáz 27); „malic”enzim 28); laktát dehidrogenáz 29); piruvát dekarboxiláz 30); alkohol dehidrogenáz 31); piruvát dehidrogenáz 17 A dokumentum bármely részének, bármilyen módszerrel, technikával történő másolása és terjesztése tilos! © www.whyz.hu IZOPRÉN-OLIGOMEREK BIOSZINTÉZISE (a fontosabb köztestermékek szerkezete) acetoacetil-CoA-szintetáz 2 acetil-CoA -------->CoA-SH acetoacetil-CoA <--------acetil-CoA hidroximetil-glutaril-CoA-szintetáz --------->CoA-SH COOH H-C-H HO-C-CH3 H-C-H O=C-S-CoA β-hidroxi-β-metilglutaril-CoA <---------2 NADPH hidroximetil-glutaril-CoA-reduktáz ------>CoA-SH --------->2 NADP+ H H OH H HO-C--C--C---C--COOH H H CH3H 3 R-mevalonát <-------------ATP ------------>ADP mevalonát-kináz mevalonátfoszfát-kináz H H OH H H2O3-P-O-C--C--C---C--COOH H H CH3H 5-foszfo-mevalonát <-------ATP ------>ADP 5-pirofoszfo-mevalonát <----------ATP 5-pirofoszfo-mevalonát dekarboxiláz ------->CO2 --------->ADP izomeráz dimetilallil-pirofoszfát ⇔ izopentenil-pirofoszfát H H OH H PP--O-C--C--C---C--COOH H H CH3H H H-C-H C-CH3 || C-H H-C-O--PP H H-C-H || C-CH3 H-C-H H-C-O--PP H CH3 PP--O-HCH-HC=C-HCH-HCH-HC=C CH3 CH3 dimetilallil transzferáz geranil-pirofoszfát geranil PP transzferáz izoprenil PP transzferáz oligoizoprén szintáz farnezil-pirofoszfát ---------------------->baktoprenol-foszfát tetraizoprenil-pirofoszfát <-----4 NADPH tetraizoprenilretinál -PP reduktáz ------>4 NADP+ fitanil-pirofoszfát karotinok szkvalén szintáz <--------NADPH -------->NADP+ szkvalén Az ERGOSZTERIN a gombamembrán nélkülözhetetlen építőeleme, amely szkvalénből képződve a fölösleges metil csoportok eltávolítása céljából légköri oxigént igényel. Ezért a fakultatív anaerobok (élesztők, mukorok) is csak oxigén jelenlétében növekednek. 18 A dokumentum bármely részének, bármilyen módszerrel, technikával történő másolása és terjesztése tilos! © www.whyz.hu ERGOSZTEROL KÉPZŐDÉS VÁZLATA 19 A dokumentum bármely részének, bármilyen módszerrel, technikával történő másolása és terjesztése tilos! © www.whyz.hu A táptalaj energiaforrásként hasznosítható glicerid, illetve ásványolaj tartalma minden esetben a mikroba válaszreakcióját váltja ki. A hasznosítást elősegítendő a mikrobák hosszabb-rövidebb adaptációs idő után a lebontó lipolitikus vagy hidroxilező enzimek hatásos működését befolyásoló, detergens jellegű anyagokat választanak ki. A mikroszervezetek egy része extracelluláris lipázt termel, más esetben a membrán külső oldalához kapcsolva működnek ezek az enzimek. Ásványolajat hasznosító szervezetek feszínén a szénhidrogén hidroxilezésére alkalmas enzimkomplexek (oxigenázok) szaporodnak fel. A lipolitikus aktivitás eredményeként felszabaduló zsírsavak acil-CoA formájában jutnak a sejtbe, ahol a katabolikus folyamatok (ß-oxidáció) fűtőanyagaként vagy szénforrásként kerülnek hasznosításra. A zsírsavak megtalálhatók mint membránt alkotó foszfolipidek építőelemei. A membrán építőelemeinek a képződését a membrán közelében rögzített enzimek katalizálják. Itt képződnek a 14-18 szénatomszámú zsírsavak és a membránt felépítő foszfolipidek. A vízben nem oldódó trigliceridből a membránhoz kötött diglicerid aciltranszferáz választja le az első zsírsavat, amely egy átészterezési folyamat keretében CoA-S-acilát formájában jelenik meg a citoplazmában. A diglicerid a foszfatidfoszforiláz hatására ATP felhasználásával foszfatiddá alakulva részt vehet a sejtmembrán felépítésében vagy pedig az α-glicerinfoszfát acil-transzferáz egy újabb zsírsavat választ le róla CoA-acilát formájában. A folyamat végén visszamaradó glicerinfoszfát egy NAD-függődehidrogenáz segítségével dihidroxiaceton-foszfáttá oxidálódva kapcsolódhat az anyagcserébe. 20 A dokumentum bármely részének, bármilyen módszerrel, technikával történő másolása és terjesztése tilos! © www.whyz.hu ZSÍRSAV SZINTÉZIS ÉS LEBOMLÁS Zsírsavlebontó komplex (transeszteráz*) Savhordozó (ACP) fehérje komplex 1); Malonil transzferáz (működését a jelenlevő zsírsavak alloszterikusan gátolják) 2); β-ketoacil-CoA szintház 3); D-β-ketoacil-CoA reduktáz 4); D-β-hidroxi-acil-CoA dehidratáz 5); acil-CoA reduktáz 6); acil-CoA dehidrogenáz 7); L-β-hidroxi-acil-CoA dehidrogenáz 8); ketoacil-CoA tioláz * a transeszteráz az igényeknek megfelelően segít felhasználni a képződött zsírsavat Természetesen a glicerid illetve ásványolaj szénforráson növekedő gomba ilyenkor az acetilCoA-ból építi fel szervezetét. Az életműködéshez szúkséges építőelemeket a glükoneogenezis szolgáltatja. A zsírsav lebontásból (ß-oxidációból) származó nagymennyiségű FADH2 visszaoxidálása, az elektron oxigénre juttatása, a mitokondriumban működő, cianidra érzéketlen hidroxamáttal viszont gátolható alternatív oxidációs mechanizmus feladata. Az eukariótákban folyó felépítő és lebontó folyamatok, a biokémiai mechanizmusok, a méretekből adódóan sokkal inkább partikulákhoz kötötten, különböző méretű vezikulumokban, illetve ezek felületén rögzített enzimek irányításával folynak. 21 A dokumentum bármely részének, bármilyen módszerrel, technikával történő másolása és terjesztése tilos! © www.whyz.hu ZSÍRSAV ANYAGCSERE Zsírsavlebontó komplex működése (ß-oxidáció) Zsírsavszintézis a savhordozó fehérjén (ACP) R-CH2-CH2-CH2-CO-S-CoA CH3-CO-S-ACPx Tiotranszészteráz Acetil-CoA R-CH2-CH2-CH2-CH2-COOH Aciltranszferáz R-CH2-CH2-CH2-CO-S-ACPx ATP CoA-SH NADP+ Enoil-ACP-reduktáz NADPH acil-CoA-szintetáz AMP +PP R-CH2-CH2-CH2-CH2-CO-S-CoA R-CH2-CH=CH-CO-S-ACPx FAD Acil-CoA-dehidrogenáz FADH2 R-CH2-CH2-CH=CH-CO-S-CoA enoil-CoA-hidratáz H2O OH R-CH2-CH2-CH-CH2-CO-S-CoA NAD+ L-ß-hidroxiacil-CoA-dehidrogenáz NADH CO2 R-CH2-CH2-CO-CH2-CO-S-CoA H2O Enoil-ACP-dehidráz R-CH2-CH-CH2-CO-S-ACPx OH NADP+ D-ß-ketoacil-ACP reduktáz NADPH R-CH2-CO-CH2-CO-S-ACPx ß-ketoacil-ACP-szintetáz HS-ACPo R-CH2-CO-S-ACPo CoA-SH 3-ketoacil-CoA-tioláz R-CH2-CH2-CO-S-CoA CH3-CO-S-CoA COOH CH2 CO-S-ACPx + CoA-SH ACP-maloniltranszferáz HS-ACPx biotin CO2 COOH CH2 CoA-S-C=O ACPo = Savhordozó fehérje o jelű pantethein oldallánca ATP ADP + Pi ACPx = Savhordozó fehérje x jelű pantethein oldallánca Acetil-CoA-karboxiláz (Ennek a folyamatnak különleges élettani jelentőséget ad az a tény, hogy sok esetben a gombasejtben tartalék tápanyagként olajcsepp (glicerid) jelenik meg, amely inséges időkben felhasználásra kerül.) A prokariótákban a bioszintézisben, vagy lebontásban szereplő enzimek génjei általában egy operonban, egymás mellett helyezkednek el és a transzláció során képződő fehérjék gyakorlatilag enzimasszociátumot (komplexet) alkotva, a képződött reakciótermékeiket közvetlenül juttatják a reakciósorban résztvevő következő enzim aktív központjába. A prokariotáknál előfordul egy-egy enzimsor átmeneti felszaporodása, túltermelődése.— Az eukariotáknál vezikulumok fohlalják magukba a reakcióút szorosan asszociálódó enzimeit, mégpedig hierarchikus rendszerbe szerveződve a termék felhasználási helyére juttatásában is eredményesen tevékenykednek. A sejtpartikulában folyó reakciósor enzimei – szinte kristályos formában, saját kristályvizükben – szoros asszociációban teljesítik feladatukat. A vezikulumokban működő enzimek ebből következően hosszabb életűek. 22 A dokumentum bármely részének, bármilyen módszerrel, technikával történő másolása és terjesztése tilos! © www.whyz.hu EUKARIÓTA SEJTMAG A gombasejt kétrétegű kettős maghártyával elkülönített része az anyagáramlást segítő pórusokkal rendelkező mag. Az elektronmikroszkóppal készült felvételeken jól látható pórusok a A gomba sejtmag és a membránhálózat vázlata sejtmag és a citoplazma szoros kapcsolatát jelzik. Itt található több kromoszómába belsõ külsõ endoplazmás a hálózat (Neurospora crassa n = 7, Aspergillus membrán membrán durva hálózat belsõ ürege nidulans n = 8, Schizosaccharomyces pombe n = 3, Saccharomyces cerevisiae n = 17) szerveződve a gombasejt örökletes tulajdonságait hordozó nukleinsavállomány (22x109 dalton), mégpedig a fejlődési ciklusnak megfelelően haploid vagy diploid állapotban. Bizonyos esetben a kétmagvú, illetve többmagvú állapot fennmaradására is láthatunk példát. A sejtmag kromoszómaállománya két osztódás között szuperfeltekeredett állapotban, bázikus tulajdonságú fehérjékre (146 bp-nyi 8 fehérjealegységet tartalmazó szakaszra) nukleohisztonra tekeredve, egymás közt 60 bp méretű linkerrel kötődve úgynevezett mag körüli rés magpórus maglemez nukleoszómában található. Elektronmikroszkópos felvétel a nukleoszómákról Linker fehérjealegység A külső maghártya felépítése az endoplazmás (retikulum) durva hálózat összetételéhez hasonlít. Ennek megfelelően a fehérje színtézist végző riboszómák nem csak a durva hálózatban működnek, hanem a külső maghártyán sorakozva állítják elő a sejt működéséhez szükséges fehérjéket, például a pórusokon való anyagvándorlásban jelentős szerepet játszó receptorkomplexek fehérje összetevőit. A 9 nm átmérőjű 15 nm hosszú csatorna szerű pórusok mérete ugyanis jelentősen befolyásolja az receptorkomplex a anyagvándorlás sebességét. Az 5000 dalton méretű anyagcsere magpóruson termékek (a nukleinsav szintézis építőelemei, az ATP mint energia forrás, kisméretű szabályozó elemek, aminosavak, szénhidrátok, stb.) szinte akadálytalanul közlekednek a membrán két oldalán, mindkét irányba. A 17000 mól-tömegű fehérje átjutásához már 2 perc szükséges, míg a 40000 dalton méretű fehérjék, glükoproteinek felvétele közel 23 A dokumentum bármely részének, bármilyen módszerrel, technikával történő másolása és terjesztése tilos! © www.whyz.hu félórát igényel. A magban képződő termékek a külső és belső membrán között levő résen keresztül jutnak el a sejtmaggal kapcsoltban levő endoplazmás membrán hálózat üregrendszerébe. A citoplazmában képződő DNS illetve RNS szintézist katalizáló néhány százezer mól-tömegű polimerázok felvétele, a mag-pórusok szélén elhelyezkedő receptor komplexek segítségével irányítottan történik. Megfelelő szignál molekula hatására — amit az intermedier magán hordoz — a pórus mérete akár 100 nm-re tágulva is biztosítja a megjelölt anyag gyors felvételét. — A belső maghártyában elhelyezkedő fehérje molekulák nem csak a kromoszómákkal, de a ribonukleinsavakkal is képesek kapcsolatba kerülni. Itt történik a sejtosztódást megelőzően a DNS megkettőződése. A sejtmagban a struktur génekről készül a hírvívő RNS előzetes átirata, de itt játszódik le az RNS-pőlimeráz által létrehozott premessegerRNS érési folyamata. Bonyolult lépésekben a szükségtelen (intron) szakaszok eltávolításával és az exon szakaszok összekapcsolásával készül a citoplazmában folyó riboszómás fehérjeszintézis irányítására alkalmas érett mRNS. Az így készült mRNS a maghártya pórusain keresztül kerül a citoplazmába, ahol a 80 S méretű riboszómákon a fehérjeszintézis folyamata végbemegy. Ezeken a pórusokon keresztül jut a sejtmagba az RNS-szintézishez és a DNS-replikációhoz szükséges összes építőelem (nukleotidtrifoszfátok), de ezeken a pórusokon jutnak a sejtmagba a citoplazmában képződő enzimek, szabályozó fehérjék is. Az a tény, hogy a kromoszómán a képződő fehérje kódja több egymástól független exonban van elhelyezve, nehezíti az egyes tulajdonságok klónozását és géntechnológiai hasznosítását. Az eddig elért géntechnológiai Apocitokróm b primer transzkriptumának érése eredmények a pékélesztőben is működőképes (bifunkcionális vektor) plazmid felfedezéséhez kötődnek. Ennek a segítségével a kiválasztott DNS-darabok a kifejeződés reményével juttathatók az élesztősejtekbe. Storms ilyen célra olyan bifunkcionális plazmidot (pBR322) fejlesztett ki, amelyik Escherichia coli-ban és a pékélesztőben egyaránt replikálódik. Megfe