芽孢耐热机制探讨VIP专享VIP免费

第19卷第4期2004年12月西南科技大学学报JOURNALOFSOUTHWESTUNIVERSITYOFSCIENCEANDTECHNOLOGYVol.19No.4Dec.2004收稿日期:2004-07-07芽孢耐热机制探讨雷桅贺新生(西南科技大学生命科学与工程学院四川绵阳621002)摘要:芽孢耐热机制一直是一个非常重要的有待深入研究的基础理论问题。有关芽孢的强耐热原理已有许多讨论。从生物化学的角度探讨了芽孢生命活性物质热稳定性的产生机理。关键词:芽孢DPA-Ca热稳定性Ca2+α-构象中图分类号:Q935文献标识码:A文章编号:1671—8755(2004)04—0090—06ConsiderationofHeat-proofMechanismofSporeLeiWei,HeXinsheng(SouthwestUniversityofScienceandTchnology,Mianyang621010,Sichuan,China)Abstract:Theheat-proofmechanismofsporeisthebasaltheoriesproblem,whichhasbeenmostim2portantandnecessarytodeepintoresearchallthetime.Therearethenumerousdiscussionsaboutthevi2olentheat-proofprincipleoftheconcernedspore,thisdiscoursewilltrytostudyproducingmechanismofhot-stabilityoflive-materialoflifeofsporeonnumeratorlevel.Keywords:spore;DPA-Ca;hot-stability;live-material;Ca2+;DPA-Cadecompose-enzyme;α-conformation芽孢是整个生物界中抗逆性最强的生命体,在抗热、抗化学药物、抗辐射和抗静水压等方面,更是首屈一指。然而,时至今日,关于芽孢耐热的本质问题仍无圆满解释。较新的是渗透调节皮层膨胀学说(osmoregulatoryexpandedcortextheory),它综合了不少较新的研究成果,被认为有一定的说服力。该学说把芽孢耐热机制的关键定位于:芽孢有生命部位———核心部位含水量的稀少。低水的环境诚然可以使生命物质的抗逆性增强,殊不知,芽孢差不多是一个萎缩了的细菌,从热动力学的角度来看,是不大可能耐得住上百度高温的。除此之外,还有学说提出Ca2+与DPA的螯合作用会使芽孢中的生物大分子形成一种稳定而耐热性强的凝胶。这显然是针对在芽孢形成过程中合成的大量的为营养细胞所没有的DPA-Ca。但现已研究证实,在芽孢内并无大分子物质合成[18]。同时,也有将目光锁定在结构上的———芽孢有许多层包围细菌遗传物质的结构,使得芽孢具有惊人的、对所有类型环境应力的抗性[23]。但一个尖锐的疑问是:结构是太宽泛的概念,而且仅仅将芽孢的强抗热性归结到静态结构的特化也是远远不够的。本文尝试从生物化学的角度来加以阐释。1芽孢的特殊生命特性芽孢是某些细菌于其对数生长期末或稳定期初,在环境因素的触发或其自身的有害代谢产物积累过多时,菌体内所产生的一种结构特殊的内生孢子。产生芽孢的细菌包括芽孢杆菌属(Bacillus)、梭状芽孢杆菌属(Clostridium)、芽孢乳酸菌属(Sporolactobacillus和芽孢八叠球菌属(Sporosarcina)、脱硫肠状菌属(Desulfotomaculum)等。应该说,凡是其染色体上有控制芽孢形成的芽孢基因的细菌都可产出芽孢。表1芽孢的生理结构特点芽孢形成方式在细胞内浓缩后再外包外壁层次4层以上外壁成分蛋白质、肽聚糖(近G+菌)抗性强,抗热、辐射及药物等贮藏物无特殊贮藏物代表菌芽孢杆菌属,梭菌属外形球状或椭圆状折光率强含水量低染色性能极差含Ca量高含DPA有含SASPs有含mRNA量低或无细胞质pH5.5～6.0(核心)酶活性低代谢活力接近0芽孢是少数几属真细菌特有的形态构造,它的有无、形态、大小、生理特性和着生位置就成了细菌分类、鉴定中的重要形态学指标。1.1芽孢的形成目前芽孢的形成机理已取得重大进展,且主要是基于细胞信号传导原理基因在时空上的交叉调控,但仍存在许多疑问有待解决,如信号怎样完整进入磷酸化?SpooA～P怎样在隔膜形成位点启始隔膜形成?芽孢形成蛋白如何完成特异的亚细胞定位等等[22]。1.2芽孢的生理结构无论是与营养细胞相比还是与固氮菌产生的胞囊相比,芽孢都有其独特的生理结构(见表1[17])。并且由这些细胞生理学构造成就了芽孢超强的抗热性(见表2[16,17])。1.3芽孢的生理活动与其营养细胞相比,不难发现它的氧化还原酶活性极低(见表3[16]),仅有一些NADH氧化酶呈现活性,因此其呼吸作用甚微,新陈代谢极弱。这就决定芽孢体内不可能发生剧烈的生化反应来抗御逆境,但同时也证明了会发生某些低耗能的生化反应。2决定芽...