Микробиология - Гусев М.В.
Скачать (прямая ссылка):
началу транскрипции. Когда конечный продукт метаболического пути — триптофан накапливается выше определенного уровня, он взаимодействует с репрессором и активирует его. Активированный репрессор присоединяется к операторному участку и подавляет транскрипцию триптофанового оперона. Таким образом, триптофан является корепрессором. Гены, кодирующие синтез структурных ферментов одного метаболического пути, могут быть локализованы в разных местах бактериальной хромосомы. В этом случае синтез этих ферментов может регулироваться разными репрессорами, т. е. у каждого структурного гена будет «свой» ген-регулятор, продукт которого и будет взаимодействовать с продуктом метаболического пути, служащим корепрессором. Возможно также, что, несмотря на «разбросанность» по хромосоме структурных генов, кодирующих ферменты одного метаболического пути, эти гены регулируются одним репрессором. Для обозначения такого типа организации генов предложен термин «регулон». Примером могут служить гены, кодирующие у Е. coli ферменты биосинтеза аргинина. Хотя они локализованы в разных местах хромосомы, их репрессия осуществляется одним и тем же репрессором, активируемым аргинином.
Индукция синтеза ферментов. Уже при изучении регуляции био
119
синтеза ароматических аминокислот у Вас. subtilis был отмечен индуцирующий эффект хоризмовой кислоты на синтез ферментов триптофанового пути (см. рис. 36, Б). Однако в большинстве случаев регуляция путем индукции характерна для катаболических путей, где в качестве индукторов выступают обычно субстраты этих путей. Классический пример индуцибельного фермента — ?-галактозидаза Е. coli. Оказалось, что если клетки Е. coli выращивать в среде, содержащей глюкозу, то они не могут использовать лактозу. Если такие клетки поместить в среду, где лактоза — единственный источник углерода, после некоторого периода в них происходит интенсивный синтез фермента ?-галактозидазы, катализирующего гидролиз лактозы на D-глюкозу и D-галактозу. С помощью этого фермента Е. coli может теперь использовать лактозу в качестве единственного источника углерода. Если затем клетки, растущие на среде с лактозой, перенести на среду с глюкозой, синтез ?-галактозидазы прекращается.
Изучение индукции ?-галактозидазы у Е. coli позволило установить, что рост клеток на среде с лактозой происходит не в результате отбора мутантов, у которых способность использовать лактозу есть следствие мутации. Способностью синтезировать этот фермент обладают все клетки. Было также показано, что в процессе индукции происходит не активирование уже имевшегося в клетках фермента ?-галактозидазы, а его синтез de novo из аминокислот. Описано несколько* типов индукции. Использование субстрата идет через серию ферментативных реакций, которые можно представить схематически следующим образом:
А->Б~>В-^Г-*-Д-*~Е,
Ф1 Ф2 Ф3 Ф« Фб
где Б, В, Г, Д — промежуточные продукты пути превращения исходного субстрата А в конечный продукт Е; <E>i—Ф5 — ферменты, катализирующие отдельные этапы катаболизма исходного субстрата.
1. Исходный субстрат А служит индуктором всех ферментов данного пути, следствием чего будет одновременное и координированное увеличение скорости их синтеза. Такой механизм индукции называется координированной индукцией.
2. Индуктор (субстрат А) вызывает индукцию первого фермента (O1), и как результат этого происходит быстрое накопление продукта первой реакции ('вещества Б). Промежуточный метаболит Б ',индуцирует синтез фермента Фг, что приводит к накоплению вещества В и последующей индукции фермента Ф3. ,В этом случае имеет место последовательное индуцирование синтеза ферментов метаболического пути продуктом предшествующей реакции. Подобный механизм ,индукции называется последовательной индукцией. Таким образом, синтез всех ферментов метаболического пути при «координированной индукции находится под контролем одного индуктора; в последовательной индукции участвует несколько индукторов.
3. Существует и смешанный механизм индукции, при котором часть ферментов определенного пути индуцируется координированно субстратом-индуктором, а индукция других ферментов осуществляется промежуточными продуктами метаболического пути, т. е. последовательно. Примером катаболитического пути, ферменты которого индуцируются координированно <и последовательно, может служить путь использования экзогенной лактозы. Лактоза индуцирует координиро'ванно синтез трех ферментов: галактозидпермеазы, катализирующей транспорт лактозы в клетку, ?-галактозидазы, осуществляющей расщепление лак
120
тозы до моносахаров — глюкозы и галактозы, 'И трансацетилазы, функции которой не известны. Накапливающаяся галактоза в свою очередь индуцирует синтез следующих трех ферментов собственного катаболизма.
Интересно отметить, что индуцированный синтез ферментов у микроорганизмов описан в 30-х гг., но механизм этого процесса долгое вре-вя был непонятен. Индуцированный синтез ферментов лежит в основе широкоизвестного явления адаптации организмов к различным условиям. Успехи, достигнутые в расшифровке механизмов регуляции .клеточного метаболизма, позволили объяснить природу этого явления, его механизм и роль в клетке.
