氧自由基在三孢布拉氏霉菌代謝番茄紅素過程中的作用機制.pdf

1、活性氧是微生物細胞在正常代謝過程中產(chǎn)生的一類化學性質(zhì)及其活潑的基團分子，主要包括超氧自由基(O2-)、過氧化氫(H2O2)和羥基自由基(OH)。當其產(chǎn)生速度超過細胞抗氧化物防御系統(tǒng)的清除能力時，活性氧就會攻擊細胞成分引發(fā)一系列毒性效應，造成對細胞的“氧化脅迫”作用。微生物為了生存必然對這種脅迫做出應答或應激相應，通過自身的抗氧化防御系統(tǒng)降低活性氧的危害，從而表現(xiàn)為不同的生物學效應。在微生物對活性氧脅迫的應激過程中，抗氧化物酶活性的變化能

2、直接反映細胞對脅迫應答水平的指標。研究微生物對活性氧脅迫的應答機制將有助于人們了解氧自由基在微生物體內(nèi)代謝的原理。
　　 本文以β-胡蘿卜素(β-carotene)和番茄紅素(lycopene)的高產(chǎn)菌株三孢布拉氏霉菌(Blakeslea trispora)為研究菌株，以其胞內(nèi)重要的抗氧化物酶--過氧化氫酶(CAT)為主要目標酶，利用不同的活性氧發(fā)生源研究不同活性氧單獨脅迫(H2O2)、不同協(xié)同方式（瞬間和持續(xù)）脅迫下Blake

3、slea trispora以CAT合成為特征的應激響應，及其在氧脅迫下生成次級代謝產(chǎn)物番茄紅素產(chǎn)量的變化情況。在此基礎上，深入探討CAT在B.trispora抵抗活性氧脅迫和各種環(huán)境壓力脅迫中的關(guān)鍵作用。
　　 論文內(nèi)容主要包括以下幾方面：
　　 (1)為了獲得適宜的脅迫環(huán)境，首先研究了影響CAT合成的營養(yǎng)條件和環(huán)境條件，以及菌體代謝產(chǎn)生番茄紅素的適宜條件。結(jié)果表明，有利于CAT合成的最優(yōu)培養(yǎng)機組成為(g.L-1)：玉米

4、淀粉40，大豆餅粉70，KH2PO41.5，MgSO40.2，有利于番茄紅素合成的最優(yōu)培養(yǎng)機組成為(g.L-1)：玉米淀粉40，大豆餅粉50，KH2PO41.5，MgSO40.2。有利于CAT較適宜的環(huán)境條件組合為：初始pH為6.5，最佳溫度29℃，搖瓶最佳裝液量為80ml/500ml。
　　 (2)在搖瓶中采用一次性添加H2O2的方法研究H2O2瞬時刺激對CAT合成的影響，結(jié)果表明，初始添加H2O2,CAT活性較高，隨著H2O

5、2濃度的增加，CAT活性迅速降低。但是低濃度的H2O2卻能刺激B.trispora細胞生長。番茄紅素的產(chǎn)量隨H2O2在一定濃度范圍內(nèi)有所增加。研究表明，在B.trispora發(fā)酵生長36小時添加75μmol/LH2O2，可以產(chǎn)生較多的番茄紅素，此時CAT合成能力較低。
　　 (3)采用流加H2O2的方式考察H2O2持續(xù)脅迫下B.trispora細胞番茄紅素和CAT合成的應激響應，結(jié)果表明，H2O2的脅迫程度直接影響著CAT的合成

6、，而CAT的合成水平又決定了菌體代謝產(chǎn)生番茄紅素的能力。在研究多次添加H2O2對菌體的影響作用時（每次添加50μmol·L-1），當在48和60小時添加H2O2,CAT活性達450U/g·min，較對照提高了28.9％。在考察H2O2總濃度不變、添加次數(shù)對菌體的影響時（總濃度為150μmol·L-1），隨著添加次數(shù)的增加，CAT合成能力隨之提高，在24、36、48、60、72小時分五次添加H2O2時CAT合成量達到最大值(580.8U/

7、g·min)，比對照提高了97.4％；而在24、36、48小時添加H2O2菌體生成的產(chǎn)物番茄紅素最多(278.4mg·L-1)，比對照提高了24.5％。
　　 (4)CAT合成是B.trispora固有的性質(zhì)，在B.trispora生長和代謝過程中起著某種保護作用。當細胞內(nèi)的氧自由基在CAT能夠承受的范圍內(nèi)時，菌體正常生長；當氧自由基大量形成而消耗了過多的CAT，細胞受到激發(fā)，刺激自身產(chǎn)生較多的番茄紅素以猝滅過多的氧自由基，保證

8、細胞能夠正常渡過不利時期。但是，在更多氧自由基生成，以致菌體CAT合成和次級產(chǎn)物形成也不能猝滅這些過多的自由基時，菌體就趨向自溶甚至凋亡。
　　 (5)外源H2O2脅迫對CAT合成的影響主要取決于H2O2脅迫的程度(H2O2濃度)和脅迫方式（瞬時刺激或者持續(xù)刺激）。一般來說，低濃度的H2O2能夠誘導CAT合成，合成的CAT立即分解H2O2，以消除H2O2對細胞的繼續(xù)毒害作用，同時提高細胞對氧自由基的抵抗能力。但當H2O2濃度超過