Microbiology

Крахмал-это главное запасное вещество растений. Обычно он от кладывается в виде зерен шарообразной, чечевицеобразной или яйце видной формы. Для крахмальных зерен характерна отчетливая слоистая структура. Растительный крахмал состоит из двух глюканов - амилозы (15-27%) и амилопектина. Амилоза растворяется в горячей воде без на бухания; именно она ответственна за появление характерной синей окраски при взаимодействии крахмала с иодом. Неразветвленные вин тообразно закрученные цепи амилозы состоят из остатков D-глюкозы, соединенных а-гликозидными связями между углеродными атомами 1 и 4. Степень полимеризации варьирует в пределах от 200 до 5000. Ами-лопектин в воде набухает и при нагревании образует крахмальный клейстер, а иодом окрашивается в пурпурный или коричневый цвет.

Амилопектин тоже представляет собой поли-а-1,4-В-глюкозу, но его молекула, подобно молекуле гликогена, разветвлена благодаря наличию 1,6-связей. Амилопектин содержит, кроме того, остатки фосфорной кис лоты, а также ионы магния и кальция. Крахмалы разного происхожде ния значительно различаются по разветвленности цепей, степени поли меризации и некоторым другим свойствам.

При кислотном гидролизе или под действием ферментов крахмал расщепляется до глюкозы. Известны три типа ферментативного расще пления глюканов: 1) фосфоролиз, 2) гидролиз и 3) трансгликозилирова-ние.

Фосфоролнз. Превращение крахмала, гликогена и аналогичных полисахари дов в глюкозо-1-фосфат катализируют а-1,4-глюканфосфорилазы (называемые также просто фосфорилазами). Хотя эта реакция обратима, она, видимо, проис ходит только при внутриклеточном распаде полисахаридов, но не при их синте зе. Фосфоролиз начинается со свободного нередуцирующего конца цепи амилозы, причем при разрыве каждой связи освооождается одна молекула глюкозо-1-фосфата. В молекуле амилопектина фосфоролиз останавливается в точках ветвления (1,6-связи) и может продолжаться только после воздействия амило-1,6-глюкозидазы. Фосфорилазы играют решающую роль при мобилизации накопленных в клетках полисахаридов (глюканов):

Гидролиз. Вне клетки крахмал подвергается гидролитическому рас щеплению амилазами. а-Амилаза имеется у растений, животных и мно гих микроорганизмов. Она очень быстро разжижает крахмал, воздей­ствуя одновременно на многие а-1,4-связи во всех частях молекулы (поэтому ее называют также «эндоамилазой»). Продуктами расщепле ния оказываются, помимо мальтозы, также олигомеры, содержащие от 3 до 7 остатков глюкозы. Вследствие быстрого разрушения макромоле-кулярной структуры крахмала быстро уменьшается и вязкость раство ра, и окрашиваемость иодом; постепенно появляются сбраживаемые са хара (глюкоза, мальтоза, мальтотриоза). Если совместно с ос-амилазой воздействует амило-1,6-глюкозидаза (амилодекстриназа), то расще пляются и декстрины (рис. 14.2).

-Амилазы встречаются только у растений (ячменя, пшеницы и др.). В отличие от а-амилаз они не воздействуют на внутренние участки мо лекулы (это только «экзоамилазы»), а расщепляют ее, начиная с нереду-цирующего свободного конца - отделяют мальтозу с редуцирующей группой. При воздействии (3-амилазы крахмал долгое время сохраняет способность окрашиваться иодом, но быстро осахаривается. Гидролиз приостанавливается лишь после того, как будет расщеплена примерно половина амилопектина. Образовавшийся остаток называют ^-кон цевым декстрином. Если амило-1,6-глюкозидаза со своей стороны обес печивает разрыв цепей в точках ветвления молекулы, то происходит полное расщепление полисахарида до мальтозы. Мальтоза может ги-дролизоваться вне клетки под действием малыпазы. При наличии со­ответствующих пермеаз мальтоза и низшие олигомеры поступают в  клетку   и   подвергаются   здесь   фосфоролитическому   расщеплению.

Трансгликозилирование. В содержащих крахмал средах, на которых выращивали Bacillus macerans,Шардингер обнаружил кристаллические вещества. Оказалось, что это замкнутые в кольцо цепи, состоящие из остатков глюкозы, соединенных ос-1,4-гликозидными связями. Эти а-, (3-или у-циклодекстрины, содержащие по 6, 7 или 8 остатков глюкозы в  кольце,   образуются  из  крахмала  под   действием трансгликозилаз.

Грибы и бактерии синтезируют а-амилазы. Способность к расщепле нию крахмала при помощи амилолитических экзоферментов распро странена у микроорганизмов очень широко; поэтому не приходится го ворить о существовании специфических микробов, расщепляющих крахмал. Многие почвенные грибы - активные продуценты амилазы. Для получения промышленных препаратов амилазы используют Aspergillusoryzae, A. niger и A. wentii. Например, така-амилаза, или така-диастаза,-это коммерческий препарат, получаемый из культур A. oryzae, который расщепляет крахмал до глюкозы. Среди бактерий к активным продуцентам амилаз относятся некоторые бациллы (Bacillus macerans, В. polymyxa, В. subtilis),псевдомонады и различные виды стрептомицетов. Фермент, выделяемый из культуры В.stearothermophilus, не утрачивает своей активности даже при кратковременном нагревании до 100°С. По­скольку дрожжи, используемые для получения спирта, не выделяют амилаз, для осахаривания крахмала приходится применять амилазы со лода или Aspergillus oryzae.

В анаэробных условиях в насыщенной водой почве, удобренной угле водами, крахмал разлагают в основномсахаролитические клостридии. Поскольку они связывают молекулярный азот, это анаэробное разложе ние растительных остатков, богатых полисахаридами, может вести к значительному обогащению почвы азотом.

Другие глюканы. Бактерии и грибы содержат большое число глюка-нов, из которых одни выполняют опорную функцию, другие же пред ставляют собой запасные вещества. К глюканам следует отнести также многие из слизей, выделяемых микроорганизмами. Наиболее известен среди глюканов декстран, образуемый, например, в большом количестве бактериями Leuconostoc mesenteroides и L. dextranicum с помощью экзофермента декстрансахаразы при росте на средах, содержащих саха розу.

Опорный скелет клеточной стенки дрожжей содержит р-1,6-глюкан. Точное строение этой нерастворимой опорной структуры, скрепленной Р-1,3-связями, пока еще не известно. Подобно многим другим глюканам, материал клеточной стенки дрожжей разлагается пищеварительным соком, который выделяет гепа-гопанкреас улитки. Этот сок содержит не менее 30 различных ферментов, в том числе целлюлазу. манназу, глюканазу, хитиназу и липазу. Его можно использо вать для получения протопластов из дрожжевых клеток, а также из клеток дру гих грибов и водорослей.

Дрожжеподобный гриб Pullularia (Dematium) pullulans в процессе роста на средах, содержащих глюкозу или сахарозу, выделяет пуллулан. Этот глюкан со стоит из остатков мальтотриозы, соединенных а-1,6-гликозидными связями (по-ли-а-1,6-мальтотриоза). Пуллулан не расщепляется амилазами, поэтому на нем можно было бы получать накопительные культуры бактерий, выделяющих спе цифически действующий гидролитический фермент. Полисахарид нигеран нака пливается в значительных количествах (до 40% сухой биомассы) в мицелиях не которых видов Aspergillus и Penicillium; его можно экстрагировать горячей водой. По-видимому, это неразветвленный глюкан с чередующимися а-1,3-и а-1,4-связями.