В работе рассматриваются механизмы ассимиляции, фиксации и утилизации неорганических форм углерода клетками цианобактерий. Источниками углерода являются углекислый газ, который в зависимости от величины рН может находиться в форме СО2, гидрокарбонат-ионов НСО3- или карбонат-ионов СО32-. Углекислый газ и гидрокарбонат-ионы являются источниками неорганического углерода для микроводорослей. Поэтому именно доступность углерода в той или иной форме может выступать в роли лимитирующего рост фактора. На сегодняшний день достаточно подробно исследован СО2-концентрирующий механизм в клетках микроводорослей и цианобактерий, благодаря которому максимальные скорости фотосинтетического выделения кислорода при низких и высоких концентрациях СО2 одинаковые. Эффективность использования внутриклеточного углерода повышается за счёт наличия внутриклеточного пула, в котором углерод представлено в форме гидрокарбонат-ионов, и снижения потерь СО2 из-за диффузионных процессов. В литературе приводятся описания СО2-концентрирующего механизма для разных видов микроводорослей. Большая часть исследований СО2-КМ выполнено на эукариотических клетках, у которых внутриклеточный пул углерода может находиться и в цитоплазме, и в строме хлоропласта. Также описан СО2-КМ для цианопрокариот, у которых, согласно, в цитоплазме карбоангидраза не обнаружена. На основе современных представлений о СО2-КМ для спирулины A. platensis предложена обобщённая схема, которая описывает основные пути метаболизма неорганического углерода.
спирулина, углекислый газ, гидрокарбонат-ион, карбонат-ион, ассимиляция, углерод-концентрирующий механизм
1. Егоров В.Н., Поповичев В.Н., Гулин С.Б. и др. Влияние первичной продукции фитопланктона на оборот биогенных элементов в прибрежной акватории Севастополя (Чёрное море). Биология моря, 2018, т. 44, № 3, с. 207-214. @@Egorov V.N., Popovichev V.N., Gulin S.B. et al. The influence of primary phytoplankton production on the turnover of biogenic elements in the coastal water area of Sevastopol (the Black Sea). Marine biology, 2018, vol. 44, no. 3, pp. 207-214. (In Russ.)
2. Железнова С.Н. Продукционные характеристики морской диатомовой водоросли Cylindrotheca closterium (Ehrenb.) Reimann et Lewin в интенсивной культуре при различных источниках азота в питательной среде. Морской биологический журнал, 2019, т. 4, № 1, с. 33-44. doi:https://doi.org/10.21072/mbj.2019.04.1.04 @@Zheleznova S.N. Production characteristics of the marine diatom Cylindrotheca closterium (Ehrenb.) Rayman net Levin in intensive culture with various sources of nitrogen in the nutrient medium. Marine biological journal, 2019, vol. 4, no. 1, pp. 33-44. (In Russ.) doi:https://doi.org/10.21072/mbj.2019.04.1.04
3. Кожемяка А.Б. Зависимость концентрации органического вещества в клетке от её объёма для черноморских видов Bacillariophyta. Морський екологічний журнал, 2014, т. XIII, № 1, c. 35-43. @@Kozhemyaka A.B. The dependence of the concentration of organic matter in the cell on its volume for the Black Sea species of Bacillariophyta. Morsky ekologichny zhurnal, 2014, vol. XIII, no. 1, pp. 35-43. (In Russ.)
4. Пронина Н.А. Организация и физиологическая роль СО2-концентрирующего механизма. Физиология растений, 2000, т. 47, № 5, c. 801-810. @@Pronina N.A. Organization and physiological role of the CO2-concentrating mechanism. Plant physiology, 2000, vol. 47, no. 5, pp. 801-810. (In Russ.)
5. Стуколова И.В., Тренкеншу Р.П Основные типы питания водорослей (краткий глоссарий). Вопросы современной альгологии, 2020, № 1 (22), c. 34-38. doi:https://doi.org/10.33624/2311-0147-2020-1(22)-34-38 @@Stukolova I.V., Trenkenshu R.P. The main types of algae nutrition (a brief glossary). Questions of modern algology, 2020, no. 1 (22), pp. 34-38. (In Russ.) doi:https://doi.org/10.33624/2311-0147-2020-1(22)-34-38
6. Тренкеншу Р.П., Жондарева Я.Д. Кинетика симпорта органических форм биогенов у микроводорослей. Морские биологические исследования: достижения и перспективы. Севастополь: Экоси-гидрофизика, 2018, т. 3, c. 452-455. @@Trenkenshu R.P., Zhondareva Ya.D. Kinetics of import of organic forms of biogens from microalgae. Marine biological research: achievements and prospects. Sevastopol: Ekosi-hydrophysics, 2018, vol. 3, pp. 452-455. (In Russ.)
7. Zarrouk C. Contribution a l’etude d’une cyanophycee. Influence de divers physiques et chimiques sur la crossance et la photosynthese de Spirulina maxima: Paris: Ph.D. thesis, 1966, 138 p.
8. Price G.D., Badger M.R., Woodger F.J., Long B.M. Advances in understanding the cyanobacterial CO2-concentrating-mechanism (CCM): functional components, Ci transporters, diversity, genetic regulation and prospects for engineering into plants. J. Exp. Bot., 2008, vol. 59, no. 7, pp. 1441-1461. doi:https://doi.org/10.1093/jxb/erm112
9. Losh J.L., Young J.N., Morel F.M.Rubisco is a small fraction of total protein in marine phytoplankton. New Phytol, 2013, vol. 198, pp. 52-58.
10. Raven J.A., Beardall J. Dark respiration and organic carbon loss / In: Borowitzka M.A., Beardall J., Raven J., Beardall J. The physiology of microalgae. Springer, 2016, pp. 129-140.
11. Самылина О.С. Углерод-концентрирующий механизм как компонент адаптации экстремально натронофильной цианобактерии Euhalothece natronophila к существованию в содовых озёрах: автореф. дис. канд. биол. наук. М., 2008, 24 с. @@Samylina O.S. Carbon-concentrating mechanism as a component of adaptation of the extremely natronophilic cyanobacterium Euhalothece natronophila to existence in soda lakes: abstract of the dissertation of the candidate. biol. nauk. M., 2008, 24 p. (In Russ.)
12. Janson Ch., Northen T. Calcifying cyanobacteria - the potential of biomineralization for carbon capture and storage. Curr. Op. Biotech, 2010, vol. 21, pp. 365-371.
13. Price G.D. Inorganic carbon transporters of the cyanobacterial CO2 concentrating mechanism. Photosynth. Res, 2011, vol. 109, pp. 47-57. doi:https://doi.org/10.1007/s11120-010-9608-y
