ФЕРМЕНТЫ УГЛЕВОДОРОДНОГО
ОБМЕНА МОРСКИХ ОРГАНИЗМОВ
Традиционными объектами исследования лаборатории химии ферментов служат
ферменты класса О-гликозид гидролаз - полисахаридгидролизующие ферменты:
альгиназы, альгитанлиазы, гиалуронидазы, фукоидан-гидролазы, 1,6-b-глюканазы,
эндо- и экзо-1,3-b-глюканазы. 1,3-b-Глюканазы катализируют
гидролиз полисахаридов, содержащих 1,3-b-D-О-глюкозидную связь (1,3-b-D-глюканов)
и до сих пор остаются наименее изученными по сравнению с широко известными
представителями класса О-гликозид гидролаз - лизоцимами и амилазами.
1,3-b-Глюканазы
часто встречаются среди морских макро- и микрогидробионтов, потому что
их субстраты - 1,3-b-D-глюканы широко распространены в морской среде:
в полисахаридах бурых водорослей, в гликогенах морских моллюсков и гликопротеинах
морских ежей. Уникальными источниками этих ферментов оказались кристаллические
стебельки морских двустворчатых моллюсков. Наиболее детально изучены 1,3-b-глюканазы
ЛIV и ЛО из морских моллюсков Spisula sachalinensis и Chlamys albidus,
соответственно. Разработаны методики выделения и очистки подобных ферментов
из макро- и микроорганизмов, растений и животных, установлены подходы к
всестороннему изучению энзиматических, структурных и физико-химических
свойств ферментов этого класса. Благодаря исследованиям лаборатории сформировалось
представление о распространении и механизмах действия 1,3-b-глюканаз.
Являясь типичными гидролазами, 1,3-b-глюканазы морских организмов,
отличаются от наземных ферментов подобного действия высокой способностью
к катализу реакции трансгликозилирования - переносу гликоновой части субстрата
на гидроксилсодержащие вещества. Кроме того, у изучаемых ферментов была
обнаружена гликозил-трансферазная (или ветвящая) активность. Продуктами
этой реакции для изучаемых эндо-1,3-b-глюканаз ЛIV и ЛО являются
более высокомолекулярные, чем исходный ламинаран, разветвленные фракции
1,3;1,6-b-D-глюканов. Глюканы, полученные путем обработки природных
ламинаранов бурых водорослей глюканазами ЛIV и ЛО обладают радиопротекторной
и иммуномодулирующей биологической активностью.
1,3-b-Глюканы
обнаружены в полисахаридах клеточных стенок дрожжей, грибов, многих бактерий,
среди глюканов злаковых, а также в высших грибах и лишайниках. 1,3-b-Глюканазы
наземных микроорганизмов участвуют в биосинтезе глюканов клеточных стенок
хозяина, разрушают клеточные стенки других микроорганизмов. 1,3-b-Глюканазы
наземных растений играют ключевую роль в механизмах защиты растений от
патогенных микроорганизмов, вирусов, нематод. Продукты гидролиза 1,3-b-глюканазами
глюканов клеточных стенок патогенных микроорганизмов запускают "систему
раннего оповещения" о проникшей инфекции. Отсюда - защитная функция 1,3-b-глюканаз
в наземных растительных и микробных организмах. В организмах же наземных
теплокровных животных 1,3-b-глюканазы не обнаружены.
Для сравнения,
наряду с 1,3-b-глюканазами морских моллюсков, в лаборатории исследовались
1,3-*-глюканазы из наземного моллюска Eulota maakii. В результате сложилось
представление о сходстве и различии механизмов действия 1,3-b-глюканаз
и их комплексов морского и наземного происхождения.
Было показано,
что в пищеварительных трактах наземных моллюсков наряду с эндо- обязательно
встречается экзо-1,3-b-глюканаза. Все исследованные морские беспозвоночные
содержали только эндо-1,3-b-глюканазы. Отсутствие у морских организмов
экзо-1,3-b-глюканазы, которая обеспечивает организм глюкозой, компенсируется
особым свойством эндофермента морского организма производить большое количество
глюкозы.
В настоящее время мы обратили внимание
на мало изученную группу О-гликозид гидролаз - фукоидан-гидролазы. Эти
ферменты до сих пор не обнаружены среди наземных и крайне редки среди морских
организмов. Проведен скрининг фукоидан-гидролаз среди морских бактерий-ассоциантов
бурых водорослей семейства фукусовых и ламинариевых, так как именно в бурых
водорослях содержится полисахарид-фукоидан, который является субстратом
фукоидан-гидролазы. Обнаружены штаммы-продуценты этих ферментов.
Разработка
эффективного способа получения универсальных по групповым свойствам эритроцитов
для неотложной трансфузиологической помощи пострадавшим в результате катастроф,
больным, нуждающимся в массированном переливании крови, остается весьма
актуальной задачей. Для масштабного получения универсальных эритроцитов
необходимы высоко специфичные ферменты, которые получают из доступного
и легко воспроизводимого сырья. Бактерии наиболее удовлетворяют предъявляемым
к источникам требованиям. Более 2000 штаммов морских бактерий из коллекции
Института проверены на содержание a-галактозидаз и a-N-ацетилгалактозаминидаз.
Найдены штаммы морских бактерий - перспективные продуценты двух вышеназванных
ферментов. Из биомассы двух бактерий родов Pseudoalteromonas и Flavobacterium
выделены и частично очищенны *-галактозидаза и a-N-ацетилгалактозаминидаза,
соответственно. Их ферментативные свойства: специфичность и оптимумом действия
при рН 7.0 и 7.2, удовлетворяют условиям, необходимым для проведения реакции
по трансформации эритроцитов в физиологических условиях. Эти ферменты могут
найти применение в технологии получения универсальной донорской крови.
Традиционными объектами исследования лаборатории химии ферментов служат
ферменты класса О-гликозид гидролаз - полисахаридгидролизующие ферменты:
альгиназы, альгитанлиазы, гиалуронидазы, фукоидан-гидролазы, 1,6-b-глюканазы,
эндо- и экзо-1,3-b-глюканазы. 1,3-b-Глюканазы катализируют
гидролиз полисахаридов, содержащих 1,3-b-D-О-глюкозидную связь (1,3-b-D-глюканов)
и до сих пор остаются наименее изученными по сравнению с широко известными
представителями класса О-гликозид гидролаз - лизоцимами и амилазами.