На примере безгетероцистного неазотфиксирующего мутанта Nostocmuscorum изучена способность к использованию а-изомеров 21 аминокислоты в качестве источников азота и углерода при блокировании фотосинтетической ассимиляции СО2. Глутамат, аланин, тирозин и цистеин — токсичны; глутамин, гистидин, аспарагин, триптофан и серии используются в качестве источников азота, аланин, пролин и фенилаланин — в качестве источника углерода, лейцин, изолейцин, лизин, метионин, валин, цитруллин — в качестве источников углерода и азота; аспартат, треонин и глицин не служат ни источником углерода, ни азота.
Следует отметить, что накопление белка и незаменимых кислот в определенной степени связано с влиянием источника освещения. В опытах при облучении Chlorellavulgaris синим светом 2400 лк содержание белка повышается на 21—30 %. Высшие водоросли при красном свете содержат белка на 15 % меньше, чем при флуоресцентном. Качественный состав аминокислот также зависит от спектрального состава света. При выращивании этой водоросли на флуоресцентном свету в белках наблюдается больше лизина и аргинина. Указанное свойство белков используют для получения биомассы водорослей. В этой связи следует назвать съедобную синезеленую нитчатую водоросль Spirulinamaxima, содержащую большое количество протеина, включающего метионин, триптофан и другие аминокислоты в концентрациях, равных содержащимся в казеине молока. Названная водоросль образует 50 т сухой массы в год на 1 га, содержащей 35 % сырого протеина, т. е. в 10 раз больше, чем образует его соя. Водоросль легко переваривается, так как в ее клеточных стенках отсутствует целлюлоза.
Биосинтез аминокислоты лизина у грибов, как отмечалось, осуществляется двумя путями. Эти же пути характерны и для водорослей в зависимости от степени их эволюционного развития; через диаминопимелиновую кислоту, как у синезеленых водорослей, или через аминоадипириновую кислоту, как у эвгленовых водорослей. Определены также биосинтетические семейства аминокислот — их предшественники, аминокислоты из которых синтезируют другие аминокислоты. Выявлено, что рост стерильных культур зеленых водорослей Chlorella, Scenedesmus, Coelastrum и Chlorococcum в среде, содержащей NО2-, сопровождается выделением N2О. Образование N2О не связано с фотохимическим превращением NО2- и наблюдается только в интактных клетках водорослей. Процесс этот не ингибируется диуроном, а в случае двух представителей семейства Chlarophyceae он стимулируется в присутствии глюкозы, особенно в темноте, т. е. О2 может включаться в регуляцию выделения N2О. Следовательно, водоросли, очевидно, являются основными продуцентами N2О в водных экосистемах.
Липиды
Особый интерес представляют липиды синезеленых водорослей. В формировании фотосистемы, ответственной за выделение кислорода, значительную, хотя еще не выясненную роль играют полиненасыщенные жирные кислоты, особенно L-линолевая. Однако некоторые виды синезеленых водорослей, осуществляющие фотосинтез с выделением кислорода, не синтезируют полиненасыщенные жирные кислоты. Это наиболее простые представители Cyanophyta, не способные фиксировать азот и расти гетеротрофно. Преобладающими в их жирнокислотном спектре являются насыщенная пальмитиновая кислота и в несколько меньшем Количестве моноеновые — пальмитолеиновая и олеиновая. В липидах синезеленых водорослей, как и во всех фотосинтезирующих организмах, определены галактолипиды — моногалактозилдиглицериды, дигалактозилдиглицериды, а также сульфохиновазилдиглицериды. Фосфолипиды представлены одним компонентом — фосфатдиглицеридом, который также содержится в зеленых водорослях и хлоропластах высших растений.
Исследованиями Г. С. Калачева и И. Н. Трубачева установлено, что в клетках термофильной синезеленой водоросли Synechococcuselongatus содержание липи-дов колеблется от 10,5 до 14,4 % на сухое вещество в зависимости от способа выращивания. В условиях непрерывного культивирования водоросль синтезирует несколько больше липидов, чем в условиях периодического. Качественный состав при этом изменяется незначительно: омыляемые компоненты составляют 43,4—44,4 % общих липидов, неомыляемые — 6,2— 9,5, а гидрофильные — 47,7—49,1 %. Липиды этой водоросли представлены в основном полярными компонентами, составляющими 57—59 % общих липидов.
Во фракции нейтральных липидов содержатся свободные жирные кислоты, триглицериды, стерины и их эфиры. Основными жирными кислотами являются пальмитиновая (50%), пальмитолеиновая (6,4— 14,8 %), олеиновая (25,4—29,7 %). Ненасыщенные кислоты у S. elongatus представлены только олеиновой кислотой. У пресноводных диатомовых водорослей Stephanodiscushantzschii и Melosiravarians основными жирными кислотами являются пальмитиновая, пентакозеновая, причем насыщенные жирные кислоты представлены в меньшем количестве, чем ненасыщенные. У морских водорослей Cystoseiraharbata и Fucusvirsoides на долю пальмитиновой приходится 70 % всех жирных кислот.
У морской одноклеточной водоросли Porphyridiumcruentum, как показали М. И. Юрьева и А. А. Темных, наибольшая концентрация липидов (14,7 % сухой массы клеток) и жирных кислот (4,49 % сухой массы клеток) имеет место при освещенности 50 лк. Освещенность 25 лк лимитировала, а 150 лк ингибировала процессы накопления общих липидов и суммарных жирных кислот. С увеличением интенсивности света происходило повышение степени ненасыщенности жирных кислот. При всех исследованных световых режимах в составе жирных кислот преобладают пальмитиновая, арахидоновая и линолевая. Наиболее резкие изменения отмечены в содержании екозапентаеновой, экозатриеновой и октадекатетраеновой кислот.
Освещение оказывает влияние на липидный обмен хлоропластов. При снижении освещения адаптация клеток хлореллы осуществляется в два этапа. На первом прекращается накопление характерного для липидов хлоропласта жирных кислот: транс-3-гексадекатриеновой и триеновых (линалевой и гексадекатриеновой), а на втором скорость накопления триеновых и особенно диеновых кислот резко возрастает, превышая исходный уровень. Одновременно повышается содержание хлорофилла и формируется хлоропласт с липидным составом, характерным для клеток хлореллы при пониженной освещенности.
Светоокисление свободных жирных кислот приводит к увеличению их токсичности. О. А. Сидоровой и И. В. Максимовой показано, что свободные жирные кислоты являются предшественниками антибактериальных веществ у зеленой хлорококковой водоросли. Методом биоавтографии выявлено, что положение хроматограмм липидного экстракта клеток на твердые среды, засеянные Staphylococcusaureus, вызывает зоны подавления роста бактерий вокруг пятен, содержавших свободные жирные кислоты. В опытах с липидным экстрактом среды на свету также выявлены зоны подавления роста бактерий. Однако, как правило, они образовывались не только вокруг пятна, содержащего свободные жирные кислоты, но и, несколько сужаясь, охватывали область с более низким Rf.
На содержание жирных кислот у водорослей оказывают влияние условия культивирования. Так, при автотрофном и гетеротрофном выращивании зеленых водорослей возрастает в первом случае содержание линоленовой кислоты, сопровождаемое соответствующим уменьшением линолевой и олеиновой.
Показательно, что длительное затемнение вызывает у антарктических водорослей включение радиоактивного углерода в лилидную фракцию, а у водорослей умеренных широт углерод ассимилируется фракцией низкомолекулярных соединений. Влияние длительного темнового периода на процесс включения углерода в липидную фракцию возрастает, если водоросли культивировать при слабом свете, однако низкая температура замедляет этот процесс.
Минеральноепитание
Неорганические питательные вещества поглощаются водорослями активным и пассивным путями в форме ионов, содержащихся в водных растениях. Активное поглощение существует только для ионов питательных веществ, а остальные ионы проникают в клетку пассивно, в соответствии с градиентом их концентрации и проницаемостью плазмалеммы. Поэтому способность к избирательному поглощению ионов весьма ограничена. Один отдельно взятый ион не поглощается, так как при поглощении катионов возникает разница электрических потенциалов, вызывающая одновременно поглощение анионов и выход других анионов; то же относится и к поглощению катионов. Неметаболическое (пассивное) поглощение (адсорбция) не снижается под действием температур или ингибиторов дыхания и является неизбирательным. В основе его находится процесс диффузии.
Исследования клеток пяти видов харовых водорослей, проведенные Э. Б. Мютеюнене и Л. Н. Воробьевым, показали, что клетки могут находиться в двух состояниях: высокоэнергетическом, когда в создание мембранных потенциалов свой вклад вносит электрогенный насос, и в состоянии пассивной проницаемости. Работа электрогенного насоса хорошо заметна у клеток Nitellopsisohtusa, поэтому они являются наиболее удобным объектом для изучения влияния факторов среды на энергообеспечение растительных клеток и состояние транспортных АТ Фаз. Клетки N. obtusa после обработки высокими концентрациями хлоридов К и Na или в неблагоприятных условиях внешней среды переходят в состояние пассивной проницаемости.
Литература
1.Водоросли, лишайника и мохообразные СССР/Л. В. Гарибова, Ю. К. Дундин, Т. Ф. Коптяева и др. — М., 1978
2. Курс низших растений / Под ред. М. В. Горленко. — М., 2001
3. Биохимия/Н. Е. Кучеренко, Ю. Д. Бабенюк, А. Н. Васильев и др. - К., 1988
4. Полевой В. В. Физиология растений. — М., 1989