Как и у грибов, количество азотсодержащих компонентов мицелия актиномицетов варьирует в зависимости от возраста культуры, штамма и условий культивирования.
Различие физико-химических свойств, входящих в состав мицелия белков, дает возможность фракционировать их относительно несложными методами, например путем последовательной экстракции при низких температурах растворами солей и щелочей невысокой концентрации. У актиномицетов в наибольшем количестве содержатся белки, экстрагируемые 0,2% раствором щелочи. Более детальное фракционирование белков обычно осуществляют методом электрофореза в растворе соответствующего буфера. При щелочном значении pH буферного раствора белки двигаются к аноду. Однако в связи с различной величиной заряда у молекул различных белков они пройдут неодинаковое расстояние от старта — места нанесения на носитель (бумага, крахмальный гель) исследуемой смеси белков. После обработки бумажных лент специфическими красителями (амидошварц, бромфенол синий и т. п.) проявляется место расположения белков. При фракционировании методом электрофореза белки, выделенные солевыми растворами из актиномицетов, удается дополнительно разделить на 2—6 фракций. Количественный анализ фракций, полученных при электрофорезе, показал, что белковый состав мицелия в процессе роста актиномицетов не остается постоянным. Он в значительной степени зависит от состава среды.
Качественный и количественный состав аминокислот мицелия актиномицетов изучен достаточно хорошо. Обычно определяют содержание аминокислот в гидролизатах белков, выделенных из мицелия. В процессе развития культуры количественные соотношения между аминокислотами изменяются. Белок мицелия актиномицетов содержит большое количество дикарбоновых кислот; из основных аминокислот много аргинина и гистидина, в значительном количестве отмечаются аланин, валин, лейцин. Относительно небольшой процент приходится на долю серусодержащих аминокислот (метионин и цистин) и циклических аминокислот. Состав среды, возраст культуры и штамм оказывают существенное влияние на количественное содержание отдельных аминокислот белка мицелия. Примером могут служить две культуры Act. globisporus streptomycini (продуцента стрептомицина): одна, чувствительная к фагу, культура — фагочувствительная, другая — фагоустойчивая. Содержание гистидина, аспарагиновой и глютаминовой кислот резко отличается как у двухсуточной, так и четырехсуточной культур.
Пока еще нет обобщающих данных о связи между аминокислотным составом белков продуцента и биосинтезом антибиотика. Известно лишь, что при образовании антибиотика культурой Act. violaceus мицелий, интенсивно образующий антибиотическое вещество, беднее основными и богаче дикарбоновыми аминокислотами по сравнению с мицелием, слабо образующим антибиотики.
В мицелии актиномицетов содержатся также свободные аминокислоты. Суммарное содержание а-аминоазота свободных аминокислот, как правило, относительно невысокое у молодых клеток, достигает своего максимума на 2—4-е сутки, после чего оно уменьшается. Уменьшение количества свободных аминокислот совпадает со временем интенсивного синтеза антибиотика. В том случае, когда у культуры отмечается вторичный рост и образование молодого интенсивно синтезирующего антибиотик мицелия, количество свободных внутриклеточных аминокислот может увеличиваться. Такой факт наблюдается, например, у продуцента окситетрациклина — культуры Act. rimosus.
На количественный и качественный состав свободных аминокислот существенное влияние оказывает питательная среда. Наиболее ярко выражено влияние органических кислот, входящих в цикл ди — и трикарбоновых кислот. Наличие в среде кетокислот, особенно пировиноградной и α-кетоглютаровой, приводит к интенсивному синтезу внутри клетки соответствующих аминокислот: α-аланина и глютаминовой кислоты. Углеводы и аминокислоты менее заметно влияют на количественный состав внутриклеточных свободных аминокислот. Наибольшее количество среди них приходится на глютаминовую и аспарагиновую кислоты, аланин, гистидин, аргинин, валин, лейцины. Мало метионина и цистина-серусодержащих аминокислот. В процессе развития культуры количественные соотношения между отдельными свободными аминокислотами резко не меняются, хотя меняется суммарное количество α-аминоазота. Если культура оказывается поставленной в условия азотного голодания, т. е. в среду, лишенную азота, но содержащую углеводы, то используется эндогенный азот и в первую очередь азот свободных внутриклеточных аминокислот. В этом случае с наибольшей интенсивностью в обменные процессы включается глютаминовая кислота.
Количественные соотношения между свободными внутриклеточными аминокислотами не являются копией аминокислотного состава питательной среды. Это было доказано путем создания синтетических сред, содержащих в своем составе определенные аминокислоты. В этих средах выдерживали мицелий или выращивали культуру. Через определенные промежутки времени проводили анализ количественного содержания свободных внутриклеточных аминокислот.
Клеточная стенка гиф актиномицетов по своему химическому составу имеет сходство с клеточной стенкой грамположительных бактерий. Образована она в основном из мукополисахаридов и не содержит в отличие от грибов хитина. Мукополисахариды находятся в связи с белками. В их состав входят аминосахара, в частности D-глюкозамин и D-галактозамин. Отличия, которые наблюдаются в аминокислотном и углеводном составе клеточных стенок, позволили использовать эти признаки в качестве одного из критериев для систематики порядка Actinomycetales. Оболочка воздушных спор мицелия отличается от гиф наличием липидов и более высоким количеством белка. Она также содержит в своем составе мукополисахариды (Sohler, Romano, Nickerson, 1958).