Микробиология - Гусев М.В.
Скачать (прямая ссылка):
Детально механизм аллостерического регулирования до настоящего времени не выяснен, однако известно, какие этапы ферментатив-
A
фермент субстрат
фермент-субстратный комплекс
аллостеричес- эффектор кий ферм ВИТ (отрицательный)
''Рис. 34. Схематическое изображение связывания субстрата с ферментом (А) и действия от-фидательного (Б) и положительного (В) эф-• фектора на каталитическую активность алло-
B
стерического фермента:
1 — каталитический центр; 2 — регуляторный I (аллостерический) центр (по Schlegel, 1972)
(положительный)
111
L-треонин
а-Кетомасляная кислота
1Ь
ной реакции особенно удобны для регулирования. Оказалось, что во всех изученных случаях регуляторное воздействие связано с начальным этапом реакции — образованием фермент-субстратного комплекса. Связывание эффектора с аллостерическим центром приводит к изменению сродства фермента к субстрату в результате какого-то кон-формационного изменения фермента, происходящего на уровне его третичной структуры (рис. 34).
Наиболее простой случай аллостерической регуляции — регуляция первого фермента неразветвленного биосинтетического пути его конечным продуктом. Если конечный продукт накапливается в избытке, он подавляет активность первого фермента в процессе, называемом ретроингибированием, или ингибированием по принципу обратной связи. Примером такого типа регулирования является ингиби-рование биосинтеза L-изолейцина. Превращение L-треонина в L-изолейцин включает пять ферментативных реакций (рис. 35). Первый
фермент на пути синтеза L-изолейцина L-треониндезами-наза является аллостерическим и ингибируется только L-изолейцином. На поверхности молекулы треониндезами-назы имеются два вида участков: каталитический — для связывания субстрата (L-треонина) и регуляторный — для связывания эффектора (L-изолейцина). Для разветвленных путей биосинтеза (а к таким относится большинство биосинтетических путей) механизмы регуляции по принципу рет-роингибирования усложняются, так как от активности первого фермента зависит биосинтез нескольких конечных продуктов. Очевидно, что механизмы регулирования в этом случае должны быть видоизменены таким образом, чтобы перепроизводство одного конечного продукта не приводило к прекращению синтеза других связанных с ним конечных продуктов. Выработалось несколько модификаций механизмов контроля по принципу обратной связи применительно к разветвленным биосинтетическим путям. Эти модификации сводятся к тому, что в регулировании каталитической активности аллостерического фермента, связанного с несколькими биосинтетическими путями, принимают участие все конечные продукты этих путей. В том случае, если первый этап биосинтетического пути катализируется одним ферментом, на поверхности молекулы этого фермента имеются различные алло-стерические центры, с каждым из которых связывается один из конечных продуктов, выполняющих функцию эффектора.
Далее возможны следующие варианты: 1. Каждый конечный продукт (эффектор) по отдельности, связавшись со «своим» аллостерическим центром, не меняет активности фермента. Для ингибирования ферментативной активности необходимо связывание с аллостерически-ми центрами всех конечных продуктов. Этот вид ингибирования получил название мультивалентного ингибирования. 2. Каждый конечный продукт, связанный со «своим» аллостерическим центром, вызывает частичное ингибирование активности фермента. Одновременное присутствие всех конечных продуктов приводит к возраста
L-
изолеицин
Рис. 35. Регуляция биосинтеза L-изолейцина по механизму отрицательной обратной связи: 4>i — треониндезами-наза; фг—фг — ферменты, катализирующие промежуточные стадии биосинтеза L-изолейцина. Стрелкой показано ингибирование треониндезамина-зы L-изолейцином
112
нию ингибирующего эффекта. Таким образом, конечные продукты в этом случае действуют независимо друг от друга. Такое ингибирование-получило название кумулятивного, или аддитивного. В некоторых разветвленных биосинтетических путях ингибирование первого фермента осуществляется не конечными продуктами каждой из, ветвей, а промежуточным продуктом, образующимся непосредственно перед разветвлением. Накопление его в свою очередь контролируется конечными продуктами. Такой вид ингибирования назвали последовательным.
Исследования последних лет выявили существование некоторых, аллостерических ферментов в виде нескольких молекулярных форм (изоферментов). Изоферменты катализируют одну и ту же реакцию,, т. е. являются изофункциональными, но обладают разными регулятор-ными свойствами. Это связано с тем, что изоферменты имеют одинаковые каталитические, но разные регуляторные центры. Каждый изо-фермент кодируется отдельным геном. Часто гены, детерминирующие изоферменты, локализованы в разных местах (локусах) бактериальной хромосомы. Существование изоферментов позволяет конечным продуктам независимо друг от друга ингибировать активность определенного изофермента, так как каждый изофермент индивидуально* контролируется «своим» конечным продуктом. Регулирование ферментативной активности при помощи изоферментов — наиболее совершенный регуляторный механизм в разветвленных биосинтетических путях. Считается, что появление изоферментов — эволюционно более позднее-приспособление механизма ретроингибирования применительно к сложно регулируемым биосинтетическим путям.
