Введение
1.1. Закономерности роста культур микроводорослей 17
1.1.1. Динамика условий среды в процессе роста периодических культур микроводорослей 17
1.1.2. Причины лимитирования роста периодических культур 20
1.1.2.1. Лимитирование органическим субстратом 20
1.1.2.2. Лимитирование минеральным питанием 21
1.1.2.3. Развитие окислительного стресса 22
1.1.2.4. Программируемая клеточная смерть 23
1.1.3. Динамика биохимического состава клетки в процессе развития культуры 24
1.1.3.1. Депонирование в процессе развития культуры 24
1.1.3.2. Динамика состава жирных кислот и липидов в процессе культивирования 26
1.1.4. Динамика активности метаболических процессов в процессе развития культуры 27
1.1.4.1. Динамика ассимиляции субстрата 27
1.1.4.2. Динамика интенсивности фотосинтеза и дыхания 28
1.1.4.3. Влияние возраста на ЭТЦ хлоропласта 32
1.1.4.4. Динамика содержания пигментов и компонентов фотосинтетического аппарата 33
1.1.4.5. Динамика активности ферментов 34
1.2. Ассимиляция экзогенной органики 35
1.2.1. Механизмы поглощения субстратов 35
1.2.1.1 Транспорт монокарбоксилов 35
1.2.1.1.1. Диффузия 35
1.2.1.1.2. Аквапорины. 36
1.2.1.1.3. Симпорт 37
1.2.1.1.3.1. Протонный симпорт. 37
1.2.1.1.3.2. Натриевый симпорт. 38
1.2.1.1.4. Активный транспорт. 38
1.2.1.2. Транспорт сахаров 39
1.2.1.3. Искусственные миксотрофы 40
1.2.2. Регуляция поглощения субстратов 41
1.2.2.1. Индукция поглощения субстратами. 41
1.2.2.2. Регуляция светом и СО2 43
1.2.3. Ассимиляция угдерода органического субстрата 46
1.2.3.1. Уровень включения экзогенного угдерода в биомассу 46
1.2.3.2. Механизмы включения углерода ацетата в метаболизм 47
1.2.3.2.1. Ассимиляция ацетата 47
1.2.3.2.2. Анаэробный обмен и метаболизм ацетата и других карбоксилатов. 49
1.2.3.3.Механизмы включения углерода глюкозы в метаболизм 53
1.2.3.4.Механизмы включения углерода глицерина в метаболизм 55
1.2.3.5.Включение в метаболизм других субстратов 55
1.2.4. Влияние трофических условий на ассимиляцию экзогенного органического субстрата 1.2.4.1. Влияние условий среды на долю углерода, включаемого в биомассу 57
1.2.4.2. Распределение ассимилированного углерода в метаболитных пулах 58
1.2.4.3. Влияние активности фотосинтеза на интенсивность и механизм ассимиляции экзогенного углерода 59
1.2.4.3.1. Глюкоза 59
1.2.4.3.2. Ацетат. 60
1.2.4.3.3. Другие субстраты. 61
1.2.4.4. Влияние органических субстратов на ассимиляцию друг-друга 62
1.3. Влияние трофических условий на рост микроводорослей 63
1.3.1. Влияние на скороть роста и биомассу 63
1.3.2. Влияние трофических условий на динамику плотности в условиях культуры 65
1.3.2.1 Кривые роста при разных трофических условиях 65
1.3.2.2. Изменение продолжительности лаг-фазы 68
1.3.2.3. Особенности роста культуры в стационарной фазе 70
1.4. Трофические условия и физиология клетки 70
1.4.1. Влияние условий на депонирование и химический состав 70
1.4.2. Точки распределения углерода 72
1.4.3. Трофические условия и изменения активности метаболизма 73
1.4.3.1. Активность фотосинтетических и респиоаторных процессов 73
1.4.3.1.1. Влияние на интенсивность дыхания и фотосинтеза 73
1.4.3.1.2. Влияние трофических условий на изменение активности дыхания и фотосинтеза в процессе развития культуры 75
1.4.3.1.3. Связь дыхания и скорости роста 76
1.4.3.2. Регуляция активности фотосистем 77
1.4.3.2.1. Прямое действие субстрата 77
1.4.3.2.2. Проблема баланса восстановительной силы 77
1.4.3.2.3. Влияние условий на поток энергии в мембранах хлоропласта. 78
1.4.3.2.4. ацетат и восстановление P700 79
1.4.3.2.4 Эффективность ФСII 80
1.4.3.2.5. Инактивация фотосинтеза и достижение анаэробиоза. 81
1.4.3.2.6. Моделирование действия факторов на биоэнергетику клетки. 82
1.4.3.2.7. Регуляция на уровне измнения количества компонентов 82
1.4.3.3. Регуляция активности фиксации CO2 84
1.4.3.3.1. Точки регуляции Цикла Кальвина. 84
1.4.3.3.2. Трофическая регуляция цикла Кальвина. 85
1.4.3.4. Влияние трофических условий на активность диссимиляции 87
1.4.3.4.1. Регуляция ЭТЦ митохондрий 87
1.4.3.4.2. Регуляция активности ферментов гликолиза 88
1.4.3.4.2.1. Подготовительный этап 88
1.4.3.4.2.2. Этап синтеза АТФ 88
1.4.3.4.2.3. Глюконеогенез 90
1.4.3.4.3. Регуляция активности ферментов цикла Кребса и глиоксилатного цикла 91
1.5. Связь гетеротрофии и фотосинтеза 92
1.5.1. Стимуляция фотосинтеза органческим субстратом 92
1.5.2. Влияние активности дыхания на фотосинтез 93
1.5.3. Метаболическая связь цитозоля с пластидой и компартментализация метаболизма 94
1.5.3.1. Гликолиз 94
1.5.3.2. Триозофосфатный шунт 95
1.5.3.3. Роль шунта в снабжении пластиды при разных условиях 95
1.5.3.4. Прямой транспорт АТФ 97
1.5.3.5. Антипортер малат/оксалоацетат 97
1.5.4. Моделирование вклада авто- и гетеротрофии в рост биомассы при миксотрофии 97
1.6. Трофические условия и стресс 99
1.7. Системно-биологическое рассмотрение хламидомонады 103
1.7.1. Динамика метаболома и транскриптома в процессе развития культуры 103
1.7.2. Влияние среды на системном уровне 105
1.7.2.1. Минеральное голодание 105
1.7.2.2. Колебания концентрации СО2 107
1.7.2.3. Уровень освещения 108
1.7.2.4. Трофические условия 112
1.7.2.4.1. Системное влияние трофических условий 112
1.7.2.4.2. Трофический статус и азотное голодание 113
1.7.2.4.3. Трофический статус и железное голодание 115
1.7.3. Флюксомика 116
1.8. Экологические и эволюционные аспекты миксотрофии 124
1.8.1. Целесообразность потребления органических соединений 124
1.8.2. Преимущество миксотрофии по сравнению с облигатностью 126
1.8.3. Эволюционно-экологические вопросы специализации миксотрофов 127
1.8.4. Классификация миксотрофных водорослей Хариет Джонс 129
1.8.5. Классификация миксотрофов Дианы Стокер 131
2.1. Культивирование и схема эксперимента 134
2.2. Определение физиологических параметров 135
2.3. Метаболомный анализ 135
2.4. Анализ уровня экспрессии генов 136
2.5. Математический анализ и визуализация данных 142
3.1. Развитие миксотрофной культуры 145
3.2. Особенности роста автотрофной культуры 167
3.3. Влияние трофических условий на метаболом 184
3.4. Влияние трофических условий на профиль экспрессии генов 191
3.5. Влияние трофической акклимации на рост и интенсивность физиологических процессов 198
3.5. Влияние трофической акклимации на метаболитные профили миксотрофных культур. 201
3.6. Влияние трофической акклимации на профили экспрессии миксотрофных культур 209
3.7. Влияние трофической акклимации на профили метаболитов автотрофных культур 219
3.8. Влияние акклимации на профили экспрессии автотрофных культур 227
3.8.3.1 Различия акклимированных к авто- и миксотрофии культур на третьи сутки после посева 227
3.8.3.2 Связь динамики паттерна экспрессии с метаболомом 228
Выводы 234
Приложения 262
Приложение 1. Дополнительный иллюстративный материал 263
Приложение 2. Таблицы 302
