Ukr.Biochem.J. 2013; Том 85, № 4, липень-серпень, c. 82-89

doi: http://dx.doi.org/10.15407/ubj85.04.082

Вплив метанолу на вміст NAD(P)H, вільних амінокислот і протеїну в клітинах Chlamydomonas reinhardtii

06.04.2016   Без категорії   No comments

С. С. Степанов, О. К. Золотарьова

Інститут ботаніки ім. М. Г. Холодного НАН України, Київ;
e-mail: serhiy1986@ukr.net

Відомо, що додавання метанолу в середовище культивування стимулює фотосинтетичну продуктивність деяких видів мікроводоростей, проте вплив його на біохімічний склад їхньої біомаси не вивчено. Метою роботи було визначення впливу метанолу (50 мМ) на вміст протеїну, вільних амінокислот, а також відновлених нікотинамідних коферментів NAD(P)H в культурі одноклітинної зеленої мікроводорості Chlamydomonas reinhardtii. Показано, що в умовах освітлення C. reinhartdii метанол підвищує внутрішньоклітинний вміст NAD(P)H в чотири рази ефективніше, ніж у темряві. Також збільшується загальний кількісний вміст амінокислот, змінюється їх співвідношення. Зростає вміст глутамінової кислоти, глутаміну, аланіну, серину та тирозину. Вміст метіоніну знижується. Ріст культури з метанолом супроводжується збільшенням вмісту внутрішньоклітинного протеїну на 30% після 20 год культивування. Одержані дані свідчать, що метанол стимулює ріст C. reinhardtii не лише внаслідок додаткової утилізації карбону, але й в зв’язку з покращенням асиміляції нітрогену та впливом на енергетичний обмін клітин.

Ключові слова: , , ,

Посилання:

  1. Choi WY, Oh SH, Seo YC, Kim GB, Kang DH, Lee SY, Jung KH, Cho JS, Ahn JH, ChoiGP, Lee HY. Effects of methanol on cell growth and lipid production from mixotrophic cultivation of Chlorella sp. Biotechnol. Bioprocess Eng. 2011 Sep;16(5):946–955. CrossRef
  2. Nonomura AM, Benson AA. The path of carbon in photosynthesis: improved crop yields with methanol. Proc Natl Acad Sci USA. 1992 Oct 15;89(20):9794-8. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  3.  Kotzabasis K, Hatziathanasiou A, Bengoa-Ruigomez MV, Kentouri M, Divanach P. Methanol as alternative carbon source for quicker efficient production of the microalgae Chlorella minutissima: role of the concentration and frequence of administration. J Biotechnol. 1999 Apr;70(1-3):357-362. CrossRef
  4. Theodoridou A, Dörnemann D, Kotzabasis K. Light-dependent induction of strongly increased microalgal growth by methanol. Biochim Biophys Acta. 2002 Nov 14;1573(2):189-98. PubMed,  CrossRef
  5. Fall R, Benson A.  Leaf methanol — the simplest natural product from plants. Trends Plant Sci. 1996;1(9):296-301.  CrossRef
  6. Madhaiyan M, Poonguzhali S, Sundaram SP, Sa TM. A new insight into foliar applied methanol influencing phylloplane methylotrophic dynamics and growth promotion of cotton (Gossypium hirsutum L.) and sugarcane (Saccharum officinarum L.). Environ Exp Bot. 2006 Aug;57(1-2):168-176.  CrossRef
  7. Stepanov SS, Zolotareva OK. Methanol metabolism in plants. Ukr Biokhim Zhurn. 2011 Jul-Sep;83(4):5-15. Review. Ukrainian. PubMed
  8. Bishop NI, Senger H. Preparation and photosynthetic properties of synchronous cultures of Scenedesmus / Methods in Enzymology. New York: Acad. Press, 1971;23(pt. A):53-66.  CrossRef
  9.  Cournac L, Latouche G, Cerovic Z, Redding K, Ravenel J, Peltier G. In vivo interactions between photosynthesis, mitorespiration, and chlororespiration in Chlamydomonas reinhardtii. Plant Physiol. 2002 Aug;129(4):1921-8. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  10. Lowry OH, Rosebrough NJ, Farr AL, Randall RJ. Protein measurement with the Folin phenol reagent. J Biol Chem. 1951 Nov;193(1):265-75. PubMed
  11. Bölling C, Fiehn O. Metabolite profiling of Chlamydomonas reinhardtii under nutrient deprivation. Plant Physiol. 2005 Dec;139(4):1995-2005. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  12. Whitehouse DG, Ludwig WJ, Walker DA. Participation of the Mehler reaction and catalase in the oxygen exchange of chloroplast preparations. J Exp Bot. 1971;22(4):772-791. CrossRef
  13. Kisaki T, Tolbert NE. Glycolate and glyoxylate metabolism by isolated peroxisomes or chloroplasts. Plant Physiol. 1969 Feb;44(2):242-50. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  14. Shen CH, Yeh KW. Hydrogen peroxide mediates the expression of ascorbate-related genes in response to methanol stimulation in Oncidium. J Plant Physiol. 2010 Mar 15;167(5):400-7. PubMed, CrossRef
  15. Stepanov SS, Zolotareva EK. The effect of methanol on photosynthetic activity and productivity of Chlamydomonas reinhardtii dang. (Chlorophyta). Algologia. 2011;21(2):178-189.
  16. Downie A, Miyazaki S, Bohnert H, John P, Coleman J, Parry M, Haslam R. Expression profiling of the response of Arabidopsis thaliana to methanol stimulation. Phytochemistry. 2004 Aug;65(16):2305-16. PubMed, CrossRef
  17. Stepanov SS, Biliavs’ka NO, Zolotareva EK. Methanol effects on cellular structure and catalase activity in Chlamydomonas reinhardtii. Rep Nat Acad Sci Ukraine. 2012;(4):162-167.
  18. Florencio FJ, Vega JM. Separation, purification, and characterization of two isoforms of glutamine synthetase from Chlamydomonas reinhardii. Z. Naturforsch. 1983;38(с):531-538.
  19. Renberg L, Johansson AI, Shutova T, Stenlund H, Aksmann A, Raven JA, Gardeström P, Moritz T, Samuelsson G. A metabolomic approach to study major metabolite changes during acclimation to limiting CO2 in Chlamydomonas reinhardtii. Plant Physiol. 2010 Sep;154(1):187-96. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  20. Hanson AD, Roje S. One-carbon metabolism in higher plants. Annu Rev Plant Physiol Plant Mol Biol. 2001 Jun;52(1):119-137. PubMed, CrossRef
  21. Ho CL, Saito K. Molecular biology of the plastidic phosphorylated serine biosynthetic pathway in Arabidopsis thaliana. Amino Acids. 2001;20(3):243-59. PubMed, CrossRef
  22.  Gout E, Aubert S, Bligny R, Rébeillé F, Nonomura AR, Benson AA, Douce R. Metabolism of methanol in plant cells. Carbon-13 nuclear magnetic resonance studies. Plant Physiol. 2000 May;123(1):287-96. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  23. Harris EH. / The Chlamydomonas Sourcebook: Organellar and Metabolic Processes.  Academic press Inc, Canada, 2009. P. 271-275.
  24. Kovács Z, Simon-Sarkadi L, Vashegyi I, Kocsy G. Different accumulation of free amino acids during short- and long-term osmotic stress in wheat. Sci World J. 2012;2012:216521. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  25. Mirakhori M, Paknejad F, Moradi F, Ardakani M, Zahedi H, Nazeri P. Effect of Drought Stress and Methanol on Yield and Yield Components of Soybean Max (L 17).  Am J Biochem Biotechnol. 2009;5(4):162-169. CrossRef
  26. Cossins EA. The utilization of carbon-1 compounds by plants: I. The metabolism of methanol-C14 and its role in amino acid biosynthesis. Can J Biochem. 1964:42(12):1739-1802. CrossRef
  27. Singh BK, Shaner DL. Biosynthesis of Branched Chain Amino Acids: From Test Tube to Field. Plant Cell. 1995 Jul;7(7):935-944. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  28. Waffenschmidt S, Woessner JP, Beer K, Goodenough UW. Isodityrosine cross-linking mediates insolubilization of cell walls in Chlamydomonas. Plant Cell. 1993 Jul;5(7):809-20. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
Creative CommonsThis work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.