1.1.2 Микроорганизмдер арқылы аминқышқылдарының биосинтезі

Микробты жасужалардың ақуыздарына барлық 20 амин қышқылдары кіреді, олардың биосинтезі протропты түрлерінде көміртегі, азот және күкірт құрамды компоненттік ортада жүзеге асырылады. Көміртегінің бастапқы көзі ретінде көмірсулар және олардың жартылай тотығу өнімдері болып табылады.

Көміртегінің бастапқы көзерінің және әр-түлілігіне қарамастан функционалды алмасуларының нәтижесінде, ол метоболитті реттілік бойынша жүруі, Энтера-Дударов өзгеріс жолы және пентозофосфатты өзгеріс, сонымен қатар үш карбонқышықылының циклы барысында барлығында бірдей аминқышқылдары түзіледі тек гистидиннің синтезі кезінде алмасу жолында бірнеше ерекшеліктер бар. 2 кестеде барлық алғашқы өзгерістерінің реттері және аминқышқылдарының түзілуінің жолдары көрсетілген.

Кесте 2 - Аминқышқылы синтезінің бастапқы заттары

Бастапқы заттар	Аминқышқылы
Пируват	Аланин, валин, лейцин
3-фосфоглицерат	Серин, глицин, цистеин
Қымыздық сірке қышқылы	Аспартат, аспарагин, метионин, лизин, треонин, изолейцин
-кетоглутар қышқылы	Глутамат, глутамин, аргинин, пролин
Фосфоенолпируват+эритрозо-4фосфат	Фенилаланин, тирозин, триптофан
5-фосфорибозил-1пирофосфат+АТФ	Гистидин

Дегенімен кейбір микроорганизмдер үшін, егер аминқышқылының бір ғана өкілі өзінің алдыңғы әртүрлі өкілдерінің түзілуін ескермесек те болады. Мысалы лизин қымыздық-сірке қышқылынан да және -кетоглутар қышқылынан да синтезделіп алынуы мүмкін.

Микроорганизмдердің қандай да бір таксономикалық тиістілігінге тәуелділігі сол немесе басқа физиологиялық топта азоттың бастпқы көзі болып табылады, ал амминилі тұздардың, нитраттар немесе молекулярлы азот көміртегілі қаңқасының аминирлену үшін қажет. Дегенімен аммиактағы азоттың тотығу дәрежесі жасушалардағы барлық органикалық заттардағы тотығу дәрежесіне сәйкес келеді, аммоний тұздары көп жағдайда бактериялармен және дрожды заттармен қорытылады. Аммиактың ассимиляциясы аинотоптың түзілуіне жағдай жасайтын глутамамин қышқылы альфа кетоглутар қышқылының тотығу жолымен жүзеге асады 6.

глутамат циклы бойынша ол төмендегідей

Глутомат циклына келісімді жағдайда әсер ететін екі бірдей ферменттер глутаминситетаза және глутаматсинтетаза қатысады және олар барынша энергияауқымды, яғни 1 моль синтезделетін глутамат үшін 1 моль АТР жұмсалады. Аминирленудің тотықсыздануының қызмет атқарушылық механизімі ортадағы аммоний ионының артық мөлшерінде, ал керісінше аммиактың (1 ммоль) төмен концентрациясында жүретіндігі анықталған, сонымен қатар бастапқы көзі ретінде азоттың нитраттары, молекулалық азот немесе азотқұрамды органикалық қосылыстар глутаматты циклды қамтамасыз етеді.

Глутамин қышқылы жасушада синтезделетін аминқышқылдары үшін аминотоп негізгі доноры және трансаминаза көмегімен сәйкес келетін кетоқышқылдардың негізінде 10 нанан астам аминқышқылдары түзілуі мүмкін.

Басқа екі реакция аммиактың қатысымен аминқышқылы түзілуіне әкеп соғады және нәтижесінде глутамин мен аспарагин түзіле жүреді.

Нитраттарды азоттың бастапқы шикізат көзі ретінде бірқатар микроорганизмдер пайдаланады, олар негізінен микробалдырлар, саңырауқұлақтар, бактериялардың кей түрлері.азотты нитраттар алдымен аминқышқылдарына өзгеруі үшін NO^3- ионы аммиакқа тотықсыздануы төмендегідей өзгеріс үрдісімен ауысуы қажет 7-9:

Нитратты ассимиляциялық тотықсыздандыру деп аталатын бұл үрдіс оттегіне сезімталдығы төмен және АТР генерациясының реакцияларына қабысу құбылысы болмайтын ерігіш ферментті жүйелердің көмегімен жүзеге асырылады. Нитратредуктаза –молибденқұрамды фермент, сондықтан молибденнің нитратты ортада қатысуы міндетті. Нитраттың ассимиляциялық тотықсыздану ферментінің синтезін аммиак репрессиялайды.

Еркін өмір сүретін және симбиотикалық азотфиксаторларының кішігірім прокариоттар тобы атмосфера азотын аминқышқылдарына өзгерту мүмкіндігі бар және сол үрдісте азот N₂ NH₃-қа дейін тотықсызданады. Тотықсыздану күрделі ферментті жүйе нитрогеназа бойынша жүзеге асады, ол екі азоферредоксин және молибденоферредоксин ақуызды суббірліктен тұрады. Нитрогеназды реакция ферродоксин немесе флаводоксиннің тотықсызданған формаларының қатысуымен жүреді, нитрогеназа үшін электронның бастамасы немесе көзі АТР шығындалуымен айқындалады, ол азот молекуласындағы атомдар арасындағы байланыстарды белсендіру үшін қажет. Дегенімен реакция үрдіс барысындағы аралық заттардың өнімдерін бөліп алу мүмкін болмай тұр, біздің оймызша олар ферменттпен байланыста болады және тотықсыздану төмендегі аралық кезеңдерден жүреді.

Молекулалық азоттың аммиакқа дейін тотықсыздануы тек реакциялық орта жағдайында молибденнің қатысымен жүзеге асады.

Күкіртқұрамды амнқышқылдарының биосинтезі үшін көптеген микроорганизмдер сульфаттарды пайдаланады, ол үшін алдын ала сульфидке дейін ассимиляциялық тотықсыздандыру жүзеге асырылады. H₂S микробты жасушалар үшін улы (күкірттібактериялардан басқалары), ол тез арада реакция бойынша ацетилсерин өзгерісіне қатысады.

Түзілген өнім L-цистеин жасушаның барлық күкіртқұрамды компоненттердің бастамасы қызметін атқарады.

Микроорганизмдерде жекеленегн аминқышқылдарының биосинтезінің жолын оқу, зерттеу микробиологиялық практикаға ауксотропты мутанттар алу әдістерін және изотопты белгі бойынша талдауды ендргенен кейін зерттелді. Жекеленген аминқышқылдарының биосинтез жолдарының реттілігін анықтауда мутанттар төмендегідей жағдайда жүзеге асады.

1. Әр-түрлі гендердің санын анықтайды, мутация кезінде бір немесе басқа да өсу факторлары үшін қажеттілік туындайды. Осындай жолмен бір заттың синтезі үшін реакциялардың саны және соған сәйкес сатылар саны белгіленеді. Белгілі болған жағдайға сәйкес мутациялану кезінде әр-түрлі сегіз гендердің аргенин бойынша ауксотроптылығы туындайды, сол белгілі жағдайларына қарай биосинтез 8 реакцияны қамтиды.

2. Биосинтез жолында генетикалық оқшаулану жай жағдайда интермедиатты ортада бөлінуіне әкеп соғады, ол алдыңғы тұйықталған реакцияларға байланысты оны тану химиялық әдістермен жүргізіледі және биосинтез жолын табу үшін де қолданылады.

3. Биосинтезде реакцияларды бірін соңдылығы туралы мәліметтер жекеленген амин қышқылдарын алу олардың биосинтезі барысындағы болжамды интермедиаттар әсері мутантты штамптардың өсуі негізінде болады. Егер цитрулин және орнитинді орта арганизависті мутанттар үшін қосу барысында аргинин биосинтезінің аралық өнімдері деп қорытынды шығаруға болады 10.