Peculiarities of C2-Metabolism and Intensification of the Synthesis of Surface-Active Substances in Rhodococcus erythropolis EK-1 Grown in Ethanol

Abstract

Oxidation of ethanol, acetaldehyde, and acetate in Rhodococcus erythropolis EK-1, producer of surface-active substances (SAS), is catalyzed by N,N-dimethyl-4-nitrosoaniline (DMNA)-dependent alcohol dehydrogenase, NAD+/NADP+-dependent dehydrogenases (optimum pH 9.5), and acetate kinase/acetyl-CoAsynthetase, respectively. The glyoxylate cycle and complete tricarboxylic acid cycle function in the cells of R. erythropolis EK-1 growing on ethanol; the synthesis of phosphoenolpyruvate (PEP) is provided by the two key enzymes of gluconeogenesis, PEP carboxykinase and PEP synthetase. Introduction of citrate (0.1%) and fumarate (0.2%) into the cultivation medium of R. erythropolis EK-1 containing 2% ethanol resulted in the 1.5- and 3.5-fold increase in the activities of isocitrate lyase and PEP synthetase (the key enzymes of the glyoxylate cycle and gluconeogenesis branch of metabolism, respectively) and of lipid synthesis, as evidenced by the 1.5-fold decrease of isocitrate dehydrogenase activity. In the presence of fumarate and citrate, the indices of SAS synthesis by strain R. erythropolis EK-1 grown on ethanol increased by 40–100%. Окисление этанола у штамма Rhodococcus erythropolis ЭК-1 – продуцента поверхностно-активных веществ (ПАВ), осуществляется 4-нитрозо-N,N-диметиланилин (НДМА)-зависимой алкогольдегидрогеназой, окисление ацетальдегида – НАД+- и НАДФ+-зависимыми дегидрогеназами с оптимумом рН 9.5, окисление ацетата – ацетаткиназой и ацетил-КоА-синтетазой. При росте на этаноле в клетках R. erythropolis ЭК-1 функционирует как глиоксилатный цикл, так и полный цикл трикарбоновых кислот, синтез фосфоенолпирувата (ФЕП) обеспечивается двумя ключевыми ферментами глюконеогенеза – ФЕП-карбоксикиназой и ФЕП-синтетазой. Внесение в среду культивирования R. erythropolis ЭК-1, содержащую 2 % этанола, цитрата (0.1 %) и фумарата (0.2 %) сопровождалось усилением глюконеогенеза, что подтверждается повышением в 1.5 и 3.5 раза активности изоцитратлиазы и ФЕП-синтетазы (ключевых ферментов глиоксилатного цикла и глюконеогенетической ветви обмена веществ соответственно), а также синтеза липидов, о чем может свидетельствовать снижение в 1.5 раза активности изоцитратдегидрогеназы. В присутствии фумарата и цитрата показатели синтеза ПАВ штаммом R. erythropolis ЭК-1 на этаноле повышались на 40–100 %.Окислення етанолу у штаму Rhodococcus erythropolis ЕК-1 - продуцента поверхнево-активних речовин (ПАР), здійснюється 4-нітрозо-N, N-діметіланіліном (НДМА)-залежної алкогольдегідрогенази, окислення ацетальдегіду - НАД + - і НАДФ +-залежними дегідрогеназ з оптимумом рН 9.5, окислювання ацетату - ацетаткіназой і ацетил-КоА-синтетазою. При зростанні на етанолі в клітинах R. erythropolis ЕК-1 функціонує як гліоксилатний цикл, так і повний цикл трикарбонових кислот, синтез фосфоенолпірувата (ФЕП) забезпечується двома ключовими ферментами глюконеогенезу - ФЕП-карбоксікіназой і ФЕП-синтетазою. Внесення в середовище культивування R. erythropolis ЕК-1, що містить 2% етанолу, цитрату (0.1%) і фумарату (0.2%) супроводжувалося посиленням глюконеогенезу, що підтверджується підвищенням у 1.5 і 3.5 рази активності ізоцітратліази і ФЕП-синтетази (ключових ферментів гліоксилатний циклу і глюконеогенетіческой гілки обміну речовин відповідно ), а також синтезу ліпідів, про що може свідчити зниження в 1.5 рази активності ізоцітратдегідрогенази. У присутності фумарату і цитрату показники синтезу ПАР штамом R. erythropolis ЕК-1 на етанолі підвищувалися на 40-100%.