1

  

2

ЕРЕВАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ YEREVAN STATE UNIVERSITY

____________________________________________

СТУДЕНЧЕСКОЕ НАУЧНОЕ ОБЩЕСТВО STUDENT SCIENTIFIC SOCIETY

ISSN 1829-4367

СБОРНИК НАУЧНЫХ СТАТЕЙ СНО ЕГУ

COLLECTION OF SCIENTIFIC ARTICLES OF YSU SSS

1.1 (27)

Естественные и физико-математические науки (География и геология, информатика и прикладная математика,

биология, химия, фармацевтика, физика и радиофизика)

Natural and Physical-Mathematical Sciences (Geography and Geology, Informatics and Applied Mathematics,

Biology, Chemistry, Pharmacy, Physics and Radiophysics)

ЕРЕВАН - YEREVAN ИЗДАТЕЛЬСТВО ЕГУ - YSU PRESS

2019

  

3

ԵՐԵՎԱՆԻ ՊԵՏԱԿԱՆ ՀԱՄԱԼՍԱՐԱՆ

ՈՒՍԱՆՈՂԱԿԱՆ ԳԻՏԱԿԱՆ ԸՆԿԵՐՈՒԹՅՈՒՆ

ISSN 1829-4367

ԵՊՀ ՈՒԳԸ ԳԻՏԱԿԱՆ ՀՈԴՎԱԾՆԵՐԻ

ԺՈՂՈՎԱԾՈՒ

1.1 (27)

Բնական և ֆիզիկամաթեմատիկական գիտություններ (աշխարհագրություն և երկրաբանություն, ինֆորմատիկա և կիրառական

մաթեմատիկա, կենսաբանություն, քիմիա, ֆարմացիա, ֆիզիկա և ռադիոֆիզիկա)

ԵՐԵՎԱՆ ԵՊՀ ՀՐԱՏԱՐԱԿՉՈՒԹՅՈՒՆ

2019

  

4

Հրատարակվում է ԵՊՀ գիտական խորհրդի որոշմամբ Издается по решению Ученого совета ЕГУ

Published by the resolution of the Academic Council of YSU

Խմբագրական խորհուրդ` Редакционная коллегия: ա.գ.դ., պրոֆ. Թ. Վարդանյան կ.գ.դ., պրոֆ. Լ. Նավասարդյան ֆ.մ.գ.դ., պրոֆ. Ռ. Ալավերդյան ֆ.բ.գ.դ., դոց. Ա. Բալաբեկյան ֆ.մ.գ.դ., դոց. Ե. Մամասախլիսով ֆ.մ.գ.դ., դոց. Տ. Հակոբյան ա.գ.թ., դոց. Ս. Սուվարյան ա.գ.թ., դոց. Գ. Ալեքսանյան ե.գ.թ., դոց. Մ. Գրիգորյան կ.գ.թ., դոց. Հ. Փանոսյան տ.գ.թ., դոց. Հ. Հարոյան ֆ.մ.գ.թ., դոց. Ս. Մխիթարյան ք.գ.թ., դոց. Ի. Ալեքսանյան ք.գ.թ., դոց. Ա. Մարտիրյան ֆ.մ.գ.թ., ասիստ. Ա. Մանասելյան ֆ.մ.գ.թ., ասիստ. Ա. Վարդանյան ֆ.մ.գ.թ. Մ. Ալեքսանյան ֆ.մ.գ.թ. Տ. Աբրահամյան

д.г.н., проф. Т. Варданян д.б.н., проф. Л. Навасардян д.ф.м.н., проф. Р. Алавердян д.ф.м.н., доц. А. Балабекян д.ф.м.н., доц. Е. Мамасахлисов д.ф.м.н., доц. Т. Акобян к.г.н., доц. С. Суварян к.г.н., доц. Г. Алексанян к.г.н., доц. М. Григорян к.б.н., доц. О. Паносян к.т.н., доц. О. Ароян к.ф.м.н., доц. С. Мхитарян к.х.н., доц. И. Алексанян к.х.н., доц. А. Мартирян к.ф.м.н., ассист. А. Манаселян к.ф.м.н., ассист. А. Варданян к.ф.м.н. М. Алексанян к.ф.м.н. Т. Абраамян

Editorial Board DSc, Prof. T. Vardanyan DSc, Prof. L. Navasardyan DSc, Prof. R. Alaverdyan DSc, Associate Prof. A. Balabekyan DSc, Associate Prof. Y. Mamasakhlisov DSc, Associate Prof. T. Hakobyan PhD, Associate Prof. S. Suvaryan PhD, Associate Prof. G. Aleksanyan PhD, Associate Prof. M. Grigoryan PhD, Associate Prof. H. Panosyan PhD, Associate Prof. H. Haroyan PhD, Associate Prof. S. Mkhitaryan PhD, Associate Prof. I. Aleksanyan PhD, Associate Prof. A. Martiryan PhD, Assistant Prof. A. Manaselyan PhD, Assistant Prof. A. Vardanyan PhD M. Aleksanyan PhD T. Abrahamyan

Հրատարակիչ՝ ԵՊՀ հրատարակչություն Հասցե՝ ՀՀ, ք. Երևան, Ալ. Մանուկյան 1, (+374 10) 55 55 70, publishing@ysu.am Հրատարակության նախապատրաստող ստորաբաժանում՝ ԵՊՀ ՈՒԳԸ Հասցե՝ ՀՀ, ք. Երևան, Ալ. Մանուկյան 1, (+374 60) 71 01 94, Էլ. փոստ՝ sss@ysu.am ԵՊՀ ՈՒԳԸ հրատարակումների կայք՝ www.ssspub.ysu.am.

  

160

Սահակյան Մայրամիկ ԵՊՀ, Կենսաբանության ֆակուլտետ, մագիստրանտ

Գիտական ղեկավար` կ.գ.թ., դոց․Ա. Փոլադյան Էլ․ փոստ` mayramik.sahakyanysumail.am

ESCHERICHIA COLI ԲԱԿՏԵՐԻԱՆԵՐՈՒՄ ՄՈԼԵԿՈՒԼԱՅԻՆ ՋՐԱԾՆԻ

ԱՐՏԱԴՐՈՒԹՅՈՒՆԸ ԵՎ FoF1ԱԵՖԱԶ-ՈՎ ՊՐՈՏՈՆԻ ՀՈՍՔԸ ԳԼՅՈՒԿՈԶԻ ՏԱՐԲԵՐ ՔԱՆԱԿՆԵՐԻ ԽՄՈՐՄԱՆ ՊԱՅՄԱՆՆԵՐՈՒՄ

Մոլեկուլային ջրածնի արտադրությունը տարբեր սուբստրատներից էկոլոգիա-

պես մաքուր էներգիայի ստացման ուղիներից մեկն է։ Այն կարող է էական դեր խաղալ ապագայի էներգետիկ տեխնոլոգիայում: Խառը խմորում իրականացնող Escherichia coli բակտերիաների օգտագործումը նոր մոտեցում է մոլեկուլային ջրածնի (H2) արտադրության կենսատեխնոլոգիայում և առաջարկում է վերականգնվող ռեսուրս-ներից ջրածնի արդյունավետ ստացում:

Մոլեկուլային ջրածինը (H2), որպես վառելիքի այլընտրանքային և վերա-կանգնվող աղբյուր մեծ հետաքրքրություն ունի, քանի որ անջատում է մինչև 142 կՋ/գ էներգիա [1], ինչպես նաև էկոլոգիապես մաքուր վառելիք է, քանի որ դրա այրումից անջատվում է ջուր: Անթթվածին խմորման ընթացքում (երբ էլեկտրոնի արտաքին ակցեպտոր չկա) E. coli-ն ցուցաբերում է ածխածնի խառը խմորում՝ որպես էներգիայի և ածխածնի արտաքին աղբյուր օգտագործելով գլյուկոզ։ Որպես վերջնական արգասիք արտադրվում է մրջնաթթու, սաթաթթու, քացախաթթու և էթանոլ [2, 3]: Ջրածնի նյութափոխանակությանը մասնակցում են հատուկ ֆերմենտներ` հիդրո-գենազներ (Հիդ), որոնք պատասխանատու են ջրածնի արտադրման և հակառակը` օքսիդացման համար: E. coli-ում հայտնաբերված են չորս [Ni-Fe] (1-4) Հիդ-եր, որոնք սինթեզվում են ֆիզիոլոգիական տարբեր պայմաններում և կոդավորվում են համապատասխանաբար` hya, hyb, hyc, hyf օպերոններով [4, 5, 2]: Հիդրոգենազները ֆերմենտներ են, որոնք մասնակցում են նաև բակտերիաների թաղանթով իոնների տեղափոխման գործընթացներին և կարող են փոխազդեցություն ունենալ պրոտո-նային FoF1 ԱԵՖազի հետ [6, 2, 3]: E. coli բակտերիաների թաղանթում գործում է բակտերիաների համար կենսական կարևոր նշանակությամբ H+/K+պոմպ` կազմված պրոտոն տեղափոխող FOF1 ԱԵՖազից և կալիումի իոնների տեղափոխիչ TrkA համակարգից: Ինչպես նաև ցույց է տրվել, որ Մրջնաթթու ջրածին Լիազ համալիրը մասնակցում է պոմպի ներսում էներգիայի փոխանցմանը` տրամադրելով օքսիդավե-րականգնողական համարժեքներ [7, 6, 2]:

Հիդ-ի ակտիվությունը կախված է միջավայրի պայմաններից՝ սուբստրատից և անգամ դրա կոնցենտրացիայից, pH-ից, ռեդօքս, օքսիդավերականգնման պոտենցիալից: Կան տվյալներ, որ E. coli–ի մոտ Հիդ-3 ֆերմենտը գլխավորապես պատասխանատու է E. coli–ի կողմից H2-ի արտադրության համար և ակտիվ է pH-ի

  

161

ցածր արժեքների դեպքում, մինչդեռ Հիդ-4ը ՝ չեզոք և թուլյ հիմնային պայմաններում [8]: Ցույց է տրվել նաև, որ գլյուկոզը hyf գենի էքսպրեսիայի վրա ունի ճնշող ազդեցություն: Սակայն դեռ պարզ չէ Հիդ-4-ի վրա գլյուկոզի ճնշող ազդեցության մեխանիզմը: Հիդ-4-ն ունի ենթամիավորներ, որոնք կարող են իրականացնել թաղանթով պրոտոնների տեղափոխում [6]: Այս ենթադրությունը, սկաայն, դեռևս ապացուցման կարիք ունի:

Ցույց է տրվել, որ E. coli–ի մանրէում գլյուկոզի քանակներն ազդում են Հիդ-4-ի ակտիվության վրա՝ փոփոխելով պրոտոնային FoF1 ԱԵՖազի հետ փոխազդեցությունը [6]:

Հետազոտման օբյեկտները և մեթոդները: Հետազոտությունների համար օգտագործվել են E. cօli ֆակուլտատիվ անաերոբ գրամբացասական բակտերիայի BW25113 բնական իզոգեն շտամը և JRG3621(hyfB-R) մուտանտ շտամը [6]: Բակտերիաներն աճեցվել են անաերոբ պայմաններում, որտեղ միջավայր/փորձանոթ ծավալային հարաբերությունը կազմել է 1:1․25: Հեղուկ սննդամիջավայրից թթվածինը և ազոտը նախապես շոգեախտահանմամբ հեռացվել են ռետինե խցաններով փակված փորձանոթներում: Բակտերիաներն աճեցվել են 18-22 ժամ Wise Cube 32 տիպի թերմոստատում՝ 37 օC  ջերմաստիճանում [9, 6]: Բակտերիաներն աճեցվել են հեղուկ այնպիսի միջավայրերում, որոնք պարունակել են 20 գր/լ պեպտոն, 15 գր/լ K2HPՕ4, 1.08գր/լ KH2PՕ4, 5 գր/լ NaCl (pH7.5) կամ 20 գր/լ պեպտոն, 1.08 գր/լ K2HPՕ4, 15 գր/լ KH2PՕ4, 5 գր/լ NaCl (pH5.5):

Բակտերիաները սննդամիջավայրից անջատվել են 5000-6000 պտույտ/րոպե արագությամբ 10 րոպե ցենտրիֆուգման (Rգtina 420 R կամ PC-6) միջոցով: Ստացված նստվածքը երկու անգամ լվացվել է թորած ջրով և կրկին ցենտրիֆուգվել նույն պայմաններում: Դրանից հետո բակտերիաների 0.5 մլ ծավալը տեղափոխվել է 4.5 մլ փորձարարական լուծույթ, որը պարունակել է 200 մՄ տրիսամինոմեթան, 1 մՄ NaCl և KCl, 0.4 մՄ MgSՕ4 [9, 6]:

Օքսիդավերականգնման պոտենցիալը որոշվել է 0.1 մՎ ճշտությամբ՝ И-160МП տեսակի պոտենցիաչափի (Գոմելի էլեկտրաչափիչ սարքերի գործարան, Գոմել, Բելառուս) և ԷՕ-01 տիպի տիտան-սիլիկատային (Ti-Si) ու ԷՊՎ-1 տիպի պլաստինե (Pt) էլեկտրոդների (Գոմելի էլեկտրաչափիչ սարքերի գործարան, Գոմել, Բելառուս) օգնությամբ: Ti-Si ապակե էլեկտրոդի՝ մոլեկուլային ջրածնի նկատմամբ զգայնության, ինչպես նաև օքսիդավերականգնողական ռեակցիաներ կատալիզելու ունակության բացակայությունը պայմանավորում է այս էլեկտրոդների առավելությունը պլատինե (Pt) էլեկտրոդի նկատմաբ [9, 6]: Շնորհիվ այս հատկության, Ti-Si էլեկտրոդի օգնությամբ կարելի է չափել բակտերիաների կախույթի օքսիդավերականգնողական վիճակը: Pt էլեկտրոդը զգայուն է թթվածնի և ջրածնի նկատմամբ: Հետևաբար, անօդ պայմաններում այդ էլեկտրոդը գրանցում է միայն մոլեկուլային ջրածնի (H2) քանակը: Փաստորեն, ՕՎՊ-ի կտրուկ անկումը դեպի բացասական արժեքներ վկայում է միջավայրում ջրածնի քանակի ավելացման մասին:

  

162

Բակտերիաների թաղանթներով իոնների տեղափոխությունն ուսումնասիրվել է պոտենցիաչափիչ մեթոդի օգնությամբ՝ ելնելով միջավայրում դրանց ակտիվության փոփոխությունից: Այս մեթոդի հիմքում ընկած է համեմատական և կատիոն-ընտրողական էլեկտրոդներից կազմված գալվանական էլեմենտի էլեկտրաշարժ ուժի չափումը: Մեթոդը թույլ է տալիս որոշել իոնների հոսքում կատարվող նույնիսկ չնչին փոփոխությունները, քանի որ բակտերիաների մոտ մակերես/ծավալ հարաբերութ-յունը բավականին մեծ է (10-4 սմ-1): Միջավայրում H+-ի և K+-ի ակտիվության որոշման համար օգտագործվող կատիոնընտրողական էլեկտրոդները պատրաստվել են Սանկտ-Պետերբուրգի պետհամալսարանի քիմիայի ԱՀԻ-ում (Սանկտ-Պետերբուրգ, Ռուսաստան) [9]: Որպես համեմատական էլեկտրոդ օգտագործվել է քլորարծաթյա էլեկտրոդը (Գոմելի էլեկտրաչափիչ սարքերի գործարան, Գոմել, Բելառուս)՝ պատ-րաստված 3 Մ KCl-ի վրա: Կատիոնընտրողական էլեկտրոդներն ընդհանուր համեմա-տական էլեկտրոդի հետ տեղադրվել են թերմոստատային խցիկի մեջ (37 0C): Էլեկտրոդների ցուցումները որոշվել են իոնաչափի միջոցով, իսկ տվյալները գրանցվել են Labvuw համակարգչային ծրագրի միջոցով:

Հետազոտությունների արդյունքները և դրանց քննարկումը: Բակտերիա-ների աճի ուսումնասիրությունը 0.2 և 0.8 % գլյուկոզի խմորման և pH 5.5 և 7.5 արժեքների պայմաններում։ Հայտնի է որ, բակտերիաների աճման միջավայրի օքսիդավերականգնողական պոտենցիալը (ՕՎՊ) որպես ֆիզիկա-քիմիական գործոն կարևոր նշանակություն ունի բակտերիաների կենսագործունեության համար: Անաերոբ պայմաններում աճող միջավայրերն (ինչպես հարուստ` օրգանական մի շարք նյութեր պարունակող, այնպես էլ աղային նվազագույն` ածխածնի եզակի աղբյուրով) ունեն ՕՎՊ-ի դրական արժեքներ: ՕՎՊ-ի այդպիսի արժեքը կարող է պայմանավորված լինել լուծված թթվածնի կամ տարբեր օքսիդիչների որոշակի քանակության առկայությամբ: Կուլտուրայի աճը, այն է՝ բակտերիաների բազմացումն այդ միջավայրում տեղի է ունենում մեծ արագությամբ և պայմանավորված է ՕՎՊ-ի անկմամբ (դրական արժեքներից բացասական): ՕՎՊ-ի անկումը վկայում է վերականգնողական գործընթացների ուժեղացման մասին: Այսինքն, բակտերիա-ներն անաերոբ պայմաններում աճում են միջավայրի ՕՎՊ-ի բացասական արժեք-ների ժամանակ, երբ միաժամանակ դիտվում է pH-ի անկում` հիմնայինից թթվային: Այդպիսի արդյունքը ցույց է տալիս ՕՎՊ-ի կորելիացիան միջավայրի pH-ի հետ: E.coli բակտերիայի գլյուկոզի խմորման ուսումնասիրությունն անթթվածին, թթվային և հիմնային pH-ի տարբեր պայմաններում կատարվել է բազմիցս:

Տվյալ աշխատանքի փորձերի իրականացման համար 37 0C ջերմաստիճանային պայմաններում 17 ժամ գլյուկոզի 0.2 և 0.8 % աճեցված բակտերիաների գիշերային միջավայրից վերցվել են 3-ական մլ բակտերիաների կախույթ (կազմում է ուսումնա-սիրվող միջավայրի 2 %-ը) և տեղափոխվել նախապես ախտահանված 150 մլ ծավալով

  

163

պեպտոնային աճման անաերոբ միջավայր: Քանի որ, ինչպես արդեն նշվեց, խմոր-ման համար կարևոր պայման է նաև միջավայրի pH-ի արժեքը, այդ նմուշների աճը դիտվել է երկու տարբեր pH-ի արժեքների պայմաններում:

24 ժամվա ընթացքում բակտերիաների աճի դիտումն իրականացվել է չորս նմուշներում, որոնցից երկուսը վայրի տիպի՝ E. coli BW25113 կուլտուրաներն են, աճեցված համապատասխանաբար՝ 0.2 % և 0.8 % գլյուկոզի կոնցենտրացիաների պայմաններում, իսկ մյուս երկուսը՝ E. coli JRG3621(hyfB-R) Հիդ 4-ի խախատումով մուտանտ շտամի կուլտուրաներն են՝ նունպես 0.2 և 0.8 % գլյուկոզի կոնցենտրա-ցիաների պայմաններում աճեցված: Այդ նմուշները աճեցվել են թերմոստատում, 37 0C ջերմաստիճանային պայմաններում: Յուրաքանչյուր ժամը մեկ նմուշներից հանվել է բակտերիաների կախույթ, և որոշվել են ՕՎՊ-ի, pH-ի և օպտիկական խտության արժեքները: Եվս մեկ չափում իրականացվել է 24-րդ ժամին:

Ինչպես երևում է Նկարից 4-ից և 5-ից, աճման ընթացքում երկու էլեկտրոդների (Pt և Ti-Si) ցուցումները նվազում են՝ դրականից բացասական արժեքներ. վայրի տիպի՝ E. coli BW25113 բակտերիաների և 0.2 և 0.8 % գլյուկոզի կոնցենտրացիաների խմորման և pH-ի թթվային ու հիմնային արժեքների պայմաններում աճման 3-րդ ժամից Pt էլեկտրոդի ցուցումը հասնում է մինչև -400 մՎ արժեքների: Սա վկայում է մոլեկուլային ջրածնի արտադրության մասին (Նկար 2): 1 - BW25113 ՎՏ, ներմուծված է 0.2 % գլյուկոզ, pH 7.5 2 - BW 25113, ՎՏ, ներմուծված է 0.8 % գլյուկոզ, pH 7.5 3 - BW 25113, ՎՏ, ներմուծված է 0.2 % գլյուկոզ, pH 5.5 4 - BW 25113, ՎՏ, ներմուծված է 0.8 % գլյուկոզի, pH 5.5 5 - hyfB-R, ՄՇ, ներմուծված է 0.2 % գլյուկոզ, pH 7.5 6 - hyfB-R, ՄՇ, ներմուծված է 0.8 % գլյուկոզ, pH 7.5 7 - hyfB-R, ՄՇ, ներմուծված է 0.2 % գլյուկոզ, pH 5.5 8 - hyfB-R, ՄՇ, ներմուծված է 0.8 % գլյուկոզ, pH 5.5

Նկար 1. E.coli BW 25113 վայրի տիպի (ՎՏ) և hyfB-Rմուտանտ շտամի գլյուկոզով

անթթվածին աճման ընթացքում օպտիկական խտության արժեքները 24-րդ ժամին, գլյուկոզի 0.2 և 0.8 % կոնցենտրացիաների դեպքում` միջավայրի թթվային pH-ի 5.5 և 7.5

պայմաններում:

Հարկ է նշել, որ գլյուկոզի բարձր կոնցենտրացիաները խթանիչ ազդեցություն չունեն H2-ի արտադրության վրա: Միաժամանակ դիտվում է միջավայրի թթվեցում և օպտիկական խտության աճ: Նշենք նաև, որ գլյուկոզի բարձր քանակները ունեցել են վայրի տիպի՝ E. coli BW25113 բակտերիաների 1.3 և 1.2 անգամ աճը խթանող ազդեցություն, համապատասխանաբար՝ pH 7.5 և pH 5.5-ում (Նկար 1):

Պատկերն այլ է Հիդ-4-ի խախտումով մուտանտի՝ E. coli hyfB-R-ի պարագայում: Ինչպես երևում է Նկար 3-ից (այստեղ ևս կա ՕՎՊ-ի անկում դիտարկվող բոլոր

ՕԽ

  

164

նմուշներում), Pt էլեկտրոդի ցուցումը լոգարիթմական փուլում չի հասնում -400 մՎ: Սա վկայում է մոլեկուլային ջրածնի արտադրության բացակայության մասին, թեպետ 24 ժամ հետո և´ 0.2, 0.8 % գլյուկոզի քանակների խմորման, և´ թթվային, և´ հիմնային pH-ի պայմաններում դիտվում է H2–ի արտադրություն:

Նկար 2․E. coli BW 25113 շտամի գլյուկոզով անթթվածին աճման ընթացքում ՕՎՊ-ի փոփոխության կինետիկան pH-ի 5.5 և 7.5 արժեքների դեպքում` գրանցված պլատինե (Pt)

էլեկտրոդով և տիտան-սիլիկատային էլեկտրոդով (Ti-Si): Ներկայացված են գլյուկոզի (Գ) 0.2 և 0.8 % նմուշների կորերը:

Նկար 3․ E. coli hyfB-R մուտանտ շտամի գլյուկոզով անթթվածին աճման ընթացքում ՕՎՊ-ի փոփոխության կինետիկան pH-ի 5.5 և 7.5 արժեքների դեպքում` պլատինե (Pt) էլեկտրոդով

և տիտան-սիլիկատային էլեկտրոդով (Ti-Si): Ներկայացված են գլյուկոզի (Գ) 0.2 և 0.8 % նմուշների կորերը:

Ավելին, եթե համեմատենք նույն պայմաններում աճած վայրի տիպի և hyfB-R

մուտանտ շտամի օպտիկական խտությունների (OԽ) արդյունքները, ապա հստակ կտեսնենք, որ hyfB-R շտամի աճը վայրի տիպի համեմատ ճնշված է մոտավորապես 1.3 անգամ: Սա վկայում է այն մասին, որ Հիդ-4-ը կարևոր դեր ունի բակտերիայի աճի համար [6]: Սակայն այս մուտանտի մոտ ևս նկատվում է բակտերիաների աճի խթանում գլյուկոզի բարձր՝ 0.8 % -ի խմորման պայմաններում:

E. coli բատերիաների թաղանթով իոնային հոսքերի ուսումնասիրումը գլյուկոզի տարբեր քանակների խմորման պայմաններում. Աշխատանքում ուսում-նասիրվել են E. coli BW2513 և hyfB-R Հիդ-4-ի խախատումով մուտանտի թաղանթով H+-ային հոսքերը պոտենցիաչափիչ մեթոդով (տես մեթոդներ): Բակտերիաները

ՕՎՊ

, մՎ

Ժամանակ, ժամ

Ti, pH 7.5, 0.2%Գ

Pt, pH 7.5, 0.2% Գ

Ti, pH 7.5, 0.8% Գ

Pt, pH 7.5, 0.8% Գ

  

165

աճեցվել են 0.2 և 0.8 % գլյուկոզի խմորման պայմաններում: Ստացվել է բակտե-րիաների զանգված, որը ներմուծվել է փորձարարական միջավայր: Այնուհետև ներմուծվել է 0.2 կամ 0.8 % գլյուկոզ: Անմիջապես դիտվել է միջավայրի թթվեցում (H+արտանետում) և K+-ի կլանում (Նկար 4): Գրանցվել է պրոտոնի արտանետման կինետիկան, և հաշվարկվել իոնների հոսքերի արագությունները (Աղյուսակ 2): Զուգահեռ փորձեր են կատարվել FOF1 ԱԵՖազի արգելակիչ ԴՑԿԴ–ի առկայությամբ. բակտերիաները մշակվել են 0.2 մՄ ԴՑԿԴ-ով, 10 ր, և կրկին ուսումնասիրվել H+-ային հոսքերը: Ցույց է տրվել, որ H+-ային հոսքերը եղել են ԴՑԿԴ-զգայուն. ԴՑԿԴ-ի 0․5 մՄ կոնցենտրացիայի դեպքում H+ հոսքը 1.6 անգամ արգելակվել է (Նկար 4, Աղյուսակ 1): Արդյունքը ենթադրում է դրա ազդեցությունը FoF1 ԱԵՖազի ակտիվության վրա: Այն դեպքում, երբ բակտերիաներն աճեցվել են 0.2 % գլյուկոզի պայամաներում, և ներմուծվել է 0.2 % գլյուկոզ, պրոտոնի արտանետման արագությունը կազմել է 4.5 մմոլ/ր, իսկ FoF1 ԱԵՖազով հոսքը՝ 1.6 մմոլ/ր: 0.8 % գլյուկոզի ներմուծումը 1.1 անգամ խթանում է պրոտոնի արտանտման արագությունը: Երբ բակտերիաներն աճեցվել են 0.8 % գլյուկոզի խմորման պայմաններում, փորձարարական միջավայր 0.2 և 0.8 % գլյուկոզ ներմուծման դեպքում դիտվում է պրոտոնի՝ 1.1 անգամ արտանտման արագության խթանում՝ համեմատությամբ 0.2 % գլյուկոզում աճեցված բակտերիա-ների (Աղյուսակ 1):

Աղյուսակ 1. E. coli BW2513 և hyfB-R-ի մուտանտի 0.2 և 0.8 % գլյուկոզի խմորման

պայմաններում pH 7.5-ում պրոտոնային տեղափոխությունը

Փորձարարական պայմաններա

Տրված է H+-ի հոսքեր (մՄ/ր)բ

Ընդհանուր ԴՑԿԴ-զգայունգ

Վայրի տիպ՝ աճեցված 0.2 % գլյուկոզում

0.2 % գլյուկոզ 3.1 0.01 1.5 0.01 0.8 % գլյուկոզ 3.5 0.01 1.7 0.01

Վայրի տիպ՝ աճեցված 0.8 % գլյուկոզում

0.2 % գլյուկոզ 3.6 0.01 1.8 0.01 0.8 % գլյուկոզ 4.1 0.01 1.9 0.01

Հիդրոգենազային մուտանտ՝ աճեցված 0.2 %

գլյուկոզում

0.2 % գլյուկոզ 4.5 0.01 0.5 0.01

0.8 % գլյուկոզ 5 0.01 0.6 0.01

ա պայմանները նույն են, ինչ նկարագրված է մեթոդներում բ հաշվարկված է 1010բջիջ/մլ գ ԴՑԿԴ–ի բացակայությամբ և առկայությամբ հոսքերի տարբերությունը

Համանմանորեն hyfB-R Հիդ-4-ի խախտումով մուտանտի 0.8 % գլյուկոզում

աճեցված բակտերիաների արդյունքները մոտ են վայրի տիպի տվյալներին, մինչդեռ

  

166

0.2 % գլյուկոզում աճեցված բակտերիաներում FoF1 ԱԵՖազով պրոտոնի արտանետ-ման հոսքը վայրի տիպի տվյալների համեմատությամբ 1.6 անգամ ճնշված է:

Նկար 4․ Պրոտոն-կալիումական փոխանակության կինետիկան E. coli BW25113 բակտերիաներում 0.2 % գլյուկոզի խմորման ընթացքում, 7.5 pH-ում:

Կան տվյալներ, որ ցածր բուֆերային միջավայրում գլյուկոզի առկայությամբ

ճնշվում է hyf օպերոնի գեների էքսպրեսիան: Անդրյուսի և նրա կոլեգաների աշխատանքներում ցույց է տրվել, որ hyf օպերոնի ակտիվատորն ազդեցության ունի hyf, բայց ոչ hyc օպերոնի գեների վրա: Ցույց է տրվել նաև, որ pH–ի ցածր արժեքներում Հիդ-3-ը ջրածնի արտադրման համար հիմնական պատասխանատուն է: Մնացականյանը և այլք ցույց են տվել, որ pH-ի 7.5 արժեքում մրջնաթթվի հավելումը ակտիվացնում է hyc օպերոնը և Հիդ-3-ը դառնում է ջրածնի արտադրության համար կարևոր [8]: Դա հավելում է վերոնշյալ այն տվյալները, որտեղ գլյուկոզի կոնցենտ-րացիան կազմել է 0.8 % (կարող է ավելի շատ մրջնաթթու արտադրվել՝ ակտիվաց-նելով hyc օպերոնը):

Ինչպես նշվեց, Հիդ-4-ը կարող է փոխազդել FoF1 ԱԵՖ-ազի հետ՝ էներգիայի փոխադրման համար տրամադրելով վերականգնողական համարժեքներ [10]: Դա նշանակում է, որ գլյուկոզի սահմանափակ քանակության պայմաններում խմորման ժամանակ Հիդ-4-ն անցնում է ջրածնի արտադրության:

Այսպիսով, արդյունքները մատնանշում են Հիդ 4-ի կարևորությունը բակտերիա-ների աճի համար, ինչպես նաև վկայում, որ գլյուկոզի քանակը և միջավայրի pH-ը կարող են էական նշանակություն ունենալ Հիդ-4-ի և FoF1 ԱԵՖազի փոխազդեցության համար:

ԳՐԱԿԱՆՈՒԹՅՈՒՆ

[1] Chu S., Majumdar A., Opportunities and Challenges for a Sustainable Energy Future, Nature (2012); 488, pp. 294–303, DOI: 10.1038/nature11475.

0

5

0

2

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

aK+մՄ

Ժամանակ, ր

H+

Արտանետում

,

մՄ

/ր

ԴՑ

  

167

[2] Trchounian K., Sawers G., Trchounian A., Improving Biohydrogen Productivity by Microbial Dark and Photo-Fermentations: Novel Data and Future Approaches, Renew Sustain Energy Rev. 2017, 80, pp. 1201–16. [3] Pinske C., Jaroschinsky M., Linek S., Kelly C. L., Sargent F., Sawers R. G., Physiology and Bioenergetics of [NiFe]-Hydrogenase 2-Catalyzed H2-Consuming and H2-Producing Reactions in Escherichia coli, J Bacteriol (2015), 197, pp. 296–306. DOI: 10.1128/JB.02335. [4] Pinske C․, Sawers G․ R․, Anaerobic Formate and Hydrogen Metabolism, 2016, 7 (1), DOI: 10.1128/ecosalplus.ESP-0011-2016. [5] Sargent F., The Model [Ni-Fe]-Hydrogenases of Escherichia coli, Adv Microb Physiol 2016, 68, pp. 433-507. [6] Trchounian K., Trchounian A., Hydrogen Producing Activity by Escherichia Coli Hydrogenase 4 (hyf) Depends on Glucose Concentration, Int J Hydrogen Energy (2013), 39, pp. 16914–18, DOI: 10.1016/j.renene.2015.04.052. [7] Poladyan A., Trchounian A., Production of Molecular Hydrogen by Mixed-Acid Fermentation in Bacteria and Its Energetics, In: Trchounian A (ed) Bacterial Membranes. Ultrastructure. Bioelectrochemistry, bioenergetics and biophysics. Research Signpost, Kerala, 2009. [8] Mnatsakanyan N., Vassilian A., Navasardyan L., Bagramyan K., Trchounian A., Regulation of Escherichia Coli Formatehydrogenlyase Activity by Formate at Alkaline pH. CurrMicrobiol (2002), 45, pp. 281-6, DOI: 10.1007/s00284-002-3764-z. [9] Poladyan A․, Trchounian K․, Sawers R․ G․, Trchounian A., Hydrogen-Oxidizing Hydrogenases 1 and 2 of Escherichia Coli Regulate the Onset of Hydrogen Evolution and ATPase Activity, Respectively, During Glucose Fermentation at Alkaline pH. FEMS MicrobiolLett (2013), 348, pp. 143-8, DOI: 10.1111/1574-6968.12281. [10] Bagramyan K․, Mnatskanyan N․, Poladian A., Vassilian, A., Trchounian A. The Roles of Hydrogenases 3 and 4, and the F0F1-ATPase, in H2 Productionby Escherichia coli at Alkaline and Acidic pH, FEBS Lett, (2002), 516, pp. 172–8.

Սահակյան Մայրամիկ

Escherichia coli ԲԱԿՏԵՐԻԱՆԵՐՈՒՄ ՄՈԼԵԿՈՒԼԱՅԻՆ ՋՐԱԾՆԻ

ԱՐՏԱԴՐՈՒԹՅՈՒՆԸ ԵՎ FoF1 ԱԵՖԱԶ-ՈՎ ՊՐՈՏՈՆԻ ՀՈՍՔԸ ԳԼՅՈՒԿՈԶԻ ՏԱՐԲԵՐ ՔԱՆԱԿՆԵՐԻ ԽՄՈՐՄԱՆ ՊԱՅՄԱՆՆԵՐՈՒՄ

Բանալի բառեր՝ Escherichia coli, հիդրոգենազներ, FoF1 ԱԵՖազ։

Ցույց է տրվել, որ 0.8 % գլյուկոզը 1.3 անգամ խթանում է E․ coli BW25113 բակտերիաների աճը: Դիտվում է H2 արտադրություն, որը բացակայում է hyfB-R մուտանտ շտամում։ Ավելին, 0.8 % գլյուկոզով աճեցված մուտանտ բակտերիաներում

  

168

դիտվում է FoF1 ԱԵՖ-ազով H+-ի հոսքի 1.3 անգամ խթանում, որը 0.2 % գլյուկոզի դեպքում ճնշվում է 3 անգամ:

Саакян Майрамик

ВЫДЕЛЕНИЕ МОЛЕКУЛЯРНОГО ВОДОРОДА БАКТЕРИЯМИ ESCHERICHIA COLI И

ПРОТОНОВ ЧЕРЕЗ FOF1 –АТФАЗУ ПРИ СБРАЖИВАНИИ РАЗЛИЧНЫХ КОНЦЕНТРАЦИЙ ГЛЮКОЗЫ

Ключевые слова: Escherichia coli, гидрогеназы, FoF1 –АТФаза․

Был показан троекратный рост бактерий E. coli BW25113, стимулированный 0.8 %-ой глюкозой. Наблюдалось выделение H2, которое отсутствовало у мутанта hyfB-R. Более того, выделение протонов через FoF1 – АТФазу стимулировалось 1.3 и подавля-лось 3 раза в условиях сбраживания 0.8 % и 0.2 % глюкозы, соответственно.

Sahakyan Mayramik

PRODUCTION OF MOLECULAR HYDROGEN AND PROTON EFFLUX BY FOF1

ATPASE OF ESCHERICHIA COLI DURING DIFFERENT AMOUNTS OF GLUCOSE FERMENTATION

Key words: Escherichia coli, hydrogenases, FoF1 ATPase․

It has been shown that 0.8 % glucose stimulated the growth of E. coli BW25113 wild type bacteria 1.3 fold. H2 production has been observed, which was absent in hyfB-R mutant. Moreover, in mutant bacteria proton efflux via FoF1-ATPase has been 1.3 fold stimulated and 3 fold suppressed upon 0.8 % and 0.2 % glucose fermentation, respectively.