СРАВНИТЕЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА МОНОСАХАРИДНОГО СОСТАВА ПОЛИСАХАРИДОВ КЛЕТОЧНОЙ СТЕНКИ ГРИБА ASPERGILLUS NIGER И СЕМЯН ПШЕНИЦЫ TRITICUM AESTIVUM

Шубаков Анатолий Александрович

канд. биол. наук, доцент Федерального государственного бюджетного учреждения науки Института физиологии Коми НЦ УрО РАН, г. Сыктывкар

Е-mail: shubakov@physiol.komisc.ru

Михайлова Елена Андрияновна

научный сотрудник Федерального государственного бюджетного учреждения науки Института физиологии Коми НЦ УрО РАН, г. Сыктывкар

Е-mail: elkina@physiol.komisc.ru

Гифомицеты из рода Aspergillus наряду с грибами Acremonium, Geotrichum, Fusarium, Mortierella, Mucor, Oospora, Penicillium, Trichoderma, Trichothecium, Scopulariopsis, Stemphylium, Verticillium и др. широко распространены в почвах разных типов. Среди них встречаются как сапрофиты, так и виды, патогенные для растений и животных [2]. Аскомицетный гриб Aspergillusniger является одним из наиболее важных в биотехнологии микроорганизмов. В частности, он используется для получения внеклеточных ферментов, лимонной кислоты, применяется для биотрансформаций и обработки отходов [7, 8, 11]. Грибная клеточная стенка является физически ригидным слоем, который защищает грибную клетку от окружающей среды, медиирует межклеточные взаимодействия, и является ответственной за форму клетки. Несмотря на ее центральную роль в росте и выживании, грибная клеточная стенка является достаточно слабо изученной [5, 6]. Полисахариды (хитин, целлюлоза, α- и β-D-глюканы) составляют до 80—90 % сухого вещества грибных клеточных стенок [4, 9]. В отличие от базидиальных грибов, меньше известно о полисахаридах и полисахарид-белковых комплексах аскомицетных грибов — представителей родов Aspergillus, Penicillium и др. [10, 12]. В связи с указанным, изучение полисахаридов и полисахарид-белковых комплексов аскомицетных грибов представ­ляется актуальным.

Полисахариды составляют большую часть массы растений (до 80 % сухого веса) и локализуются в различных частях растительной клетки: в клеточной стенке, внутри клетки, в межклеточном пространстве. Полисахариды растительных клеток (целлюлоза, гемицеллюлоза, пектиновые вещества) многообразны по своим свойствам и химическому строению. В семенах зерновых культур (пшеница, рожь и др.) находятся разнообразные углеводы: моносахариды (пентозы, гексозы), дисахариды (сахароза, мальтоза), крахмал, целлюлоза, гемицеллюлозы и слизи. Из моносахаридов наибольшее значение имеют гексозы — глюкоза и фруктоза. Целлюлоза, гемицеллюлозы и лигнин относятся к пищевым волокнам, оказывающим большое влияние на пищевую ценность и качество хлеба. Они выполняют важные физиологические функции, выводя из организма тяжелые металлы и снижая энергетическую ценность хлеба [3].

В данной работе дается сравнительная характеристика моносахаридного состава полисахаридов царства грибов на примере мицелиального гриба Aspergillusniger и царства растений на примере пшеницы Triticumaestivum.

Из клеточной стенки гриба Aspergillusniger ВКМ F-1119, предварительно выращенного в течение 5 сут. в жидкой питательной среде Чапека с 2 %-ной глюкозой в качестве источника углерода, выделены полисахарид-белковые комплексы и дана их общая химическая характеристика. Выход полисахарид-белковых фракций составляет 0,11 % (экстракция водой, AN-1), 0,16 % (экстракция 0,5 % NaOH, AN-2), 0,14 % (экстракция 2 % NaOH, AN-3).

Установлено (табл. 1), что выделенные из мицелия гриба Aspergillusnigerполисахарид-белковые фракции отличаются содержанием углеводной и белковой составляющей. Наибольшее содержание белка (21,4 %) определяется во фракции AN-1, экстрагированной водой. Главными компонентами углеводной цепи всех фракций являются остатки нейтральных моносахаридов. Во фракциях, полученных из клеточной стенки гриба, доминируют манноза (фракция AN-1, 28,5 %), глюкоза, галактоза, манноза (фракция AN-2, соответственно 18,9; 15,6; 13,7 %), глюкоза (фракция AN-3, 44,7 %), то есть, в составе фракций, экстрагированных из мицелия гриба водой и растворами щелочи, преобладают в разных соотношениях три нейтральных моносахарида — манноза, глюкоза и галактоза. Другие авторы установили, что в клеточной стенки аскомицетного гриба Penicilliumroqueforti среди нейтральных моносахаридов также преобладают глюкоза, манноза и галактоза [1].Содержание гликуроновых кислот в клеточной стенке гриба составляет 4,6 % (фракция AN-1), 6,2 % (фракция AN-2), 4,4 % (фракция AN-3).

Таблица 1.

Характеристика полисахаридных фракций, выделенных из клеточной стенки гриба Aspergillusniger ВКМ F-1119

* Весовые проценты.

Характеристика полисахаридных фракций, выделенных из семян пшеницы TriticumaestivumL., представлена в таблице 2.

Таблица 2.

Характеристика полисахаридных фракций, выделенных из семян пшеницы TriticumaestivumL

^* От исходного веса сухих семян. ^** Весовые проценты.^*** сл. — Следовое количество.

При экстракциях семян пшеницы было получено пять полисахаридных фракций (ПШ-1 — ПШ-5), выход которых варьирует в достаточно широком диапазоне — от 0,3 до 5,1 %. Суммарный выход полисахаридов составляет 9,2 %.

Во фракции ПШ-1_, которая получена в результате экстракции семян пшеницы водой при 20 ^°С, доминирующими моносахаридами являются остатки ксилозы (7,0 %) и арабинозы (6,2 %). В составе полисахаридной фракции ПШ-2, полученной при экстракции семян водой при 70 ^°С, главными моносахаридными компонентами являются остатки ксилозы (12,9 %), арабинозы (11,3 %) и глюкозы (8,8 %). В обеих водных фракциях отмечено высокое содержание белка — 36,5 и 26,5 % соответственно, присутствуют гликуроновые кислоты — 13,8 и 3,5 % соответственно. По-видимому, можно предположить, что фракции ПШ-1 и ПШ-2могут представлять собой водораствори­мые арабиноксиланы, арабиногликуроноксиланы или ксилоглюканы.

В результате дальнейшей обработки сырья водным раствором соляной кислоты получена фракция ПШ-3, в которой среди моносахаридов доминируют остатки глюкозы (65,5 %). Остатки ксилозы, арабинозы, галактозы, маннозы, рамнозы присутствуют в небольших количествах. Содержание гликуроновых кислот составляет 17,5 %. В составе фракции ПШ-4,выделенной с помощью экстракции сырья водным раствором оксалата аммония, среди нейтральных моносахаридов остатки глюкозы (11,9 %) являются доминирующими. При дальнейшей экстракции семян пшеницы раствором щелочи получили полисахаридную фракцию ПШ-5с высоким содержанием остатков глюкозы (51,6 %). Вероятно, полисахаридные фракции ПШ-3, ПШ-4 и ПШ-5 представляют собой глюканы, которые входят в состав гемицеллюлоз злаков.

Таким образом, в зернах пшеницы обнаружены полисахариды гемицеллюлозы, которые включают в себя арабиноксиланы, арабиногликуроноксиланы, ксилоглюканы и глюканы.

В заключение, в составе полисахаридных фракций, экстраги­рованных из мицелия гриба Aspergillusniger водой и растворами щелочи, преобладают в разных соотношениях три нейтральных моносахарида — глюкоза (до 44,7 %), манноза (до 28,5 %) и галактоза (до 15,6 %). В зернах пшеницы Triticumaestivum в составе полисахаридов, выделенных разными экстрагентами, доминирует другой спектр моносахаридов, а именно: глюкоза (до 65,5 %), ксилоза (до 12,7 %) и арабиноза (до 8,5 %). Указанные отличия в моноса­харидном составе полисахаридов гриба и пшеницы, по-видимому, отражают разный состав и структуру доминирующих полисахаридов грибов и растений.

Список литературы:

1. Андриянова Д.А., Смирнова Г.П., Шашков А.С., Чижов А.О., Галанина Л.А., Феофилова Е.П., Усов А.И. Полисахаридный состав мицелия и клеточных стенок гриба Penicilliumroqueforti // Биоорг. химия. — 2011. — Т. 37, № 3. — С. 399—407.
2. Билай В.И. Основы общей микологии. Киев: Выща школа, 1989. — 392 с.
3. Кочетков Н.К., Бочков А.Ф., Дмитриев Б.А., Усов А.И., Чижов О.С., Шибаев В.Н. Химия углеводов. М.: Химия, 1967. — 674 с.
4. Усов А.И., Бланко Ф.Ф., Иванова В.С., Бедрина Е.Н., Фирсова С.А., Седакова Л.А., Фунтикова Н.С. Строение и противоопухолевая активность полисахаридов из мицелияAspergillusoryzae //Биоорг. химия. — 1991. — Т. 17, № 1. — С. 121—125.
5. Феофилова Е.П. Клеточная стенка грибов: современные представления о составе и биологической функции // Микробиология. — 2010. — Т. 79, № 6. — С. 723—733.
6. Феофилова Е.П., Немцев Д.В., Терешина В.М., Меморская А.С. Состав и содержание хитин-глюканового комплекса в онтогенезе гриба Aspergillusniger // Прикл. биохим. микробиол. —2006.Т. 42, № 6. — С. 624—628.
7. Шубаков А.А., Донцов А.Г., Елькина Е.А. Выделение полигалактуроназ из ферментного препарата пектофоетидин Г3х // Бутлеровские сообщения. — 2009. — Т. 18, № 7. — С. 63—68.
8. Шубаков А.А., Елькина Е.А. Продуцирование полигалактуроназ мицелиальными грибами Aspergillusniger ВКМ F-1119 и Penicilliumdierckxii ВКПМ F-152 // Химия и компьютерное моделирование. Бутлеровские сообщения. — 2002. — № 7. — С. 65—68.
9. Farkas V. Biosynthesis of cell walls of fungi // Microbiol. Rev. — 1979. —Vol. 43, N 2. — P. 117—144.
10. Fontaine T., Simenel C., Dubreucq G., Adam O., Delepierre M., Lemoine J., Vorgias C.E., Diaquin M., Latge J.-P. Molecular organization of the alkali-insoluble fraction of Aspergillus fumigatus cell wall // J. Biol. Chem. — 2000. — Vol. 275, N 8. — P. 27594—27607.
11. Schuster E., Dunn-Coleman N., Frisvad J.C., Van Dijck P.W.M. On the safety of Aspergillus niger — a review // Appl. Microbiol. Biotechnol. — 2002. — Vol. 59. — P. 426—435.
12. Wasser S.P. Medicinal mushrooms as a source of antitumor and immunomodulating polysaccharides // Appl. Microbiol. Biotechnol. —2002. — Vol. 60. — P. 258—274.