Регуляция ферментативной активности - Коэн Ф.
Скачать (прямая ссылка):
трех других аминокислот также уменьшается; это создает большие трудности для бактерии. Следовательно, сама структура пути указывает на необходимость более сложного механизма регуляции.
2.5. Изоферменты аспартаткиназы у Е. coli К12, обладающие различными регуляторными свойствами
Эксперимент, аналогичный описанному выше для треониндезаминазы, показал, что только L-лизин и L-треонин ингибируют активность аспартаткиназы в бактериальных экстрактах. Ингибирующий эффект каждой из этих аминокислот в отдельности не превышает 40—50%, однако эффекты ингибирования аддитивны и при избытке обеих аминокислот наблюдается практически полное ингибирование (рис. 2.6). Это неожиданное явление получило объяснение, когда с помощью стандартных методов очистки белка были выделены два компонента аспартаткиназы. Первый компонент фермента полностью ингибируется L-треони-ном, но не изменяет активности в присутствии L-лизи-на; второй же компонент полностью ингибируется именно L-лизином и не изменяет активности в присутствии L-треонина {9]. Вследствие этого избыток L-ли-зина должен снизить образование аспартилфосфата, однако не настолько, чтобы полностью прекратился синтез L-треонина; соответствующая картина будет наблюдаться и при избытке L-треонина (т. е. синтез L-лизина полностью не прекратится). Однако, для
100
Thr + Lys
у ' 1 » ' 1 // П
1 2 3 4 12
Концентрация ингибитора, мМ
Рис. 2.6. Влияние L-треоиииа и L-лизина на активность аспар-таткииазы в экстракте Е. colt К12 [9].
того чтобы такая регуляция была эффективной, очевидно, необходимы дополнительные регулирующие механизмы, которые при избытке L-лизина направляли бы уменьшенное количество аспаратилфосфата на образование L-треонина, а при избытке этой аминокислоты— на образование L-лизина. И действительно, соответствующие исследования привели к обнаружению таких звеньев регуляции. Оказалось, что первый фермент на метаболической ветви, ведущей к L-лизину, — синтетаза дигидропиколиновой кислоты — специфически ингибируется L-лизином [10], а первый фермент на пути, ведущем к L-треонину, — гомосериндегидрогена-за — специфически ингибируется L-треонином [11]. Два этих вторичных «контрольных пункта» должны направить уменьшенное количество аспартилфосфата на образование либо L-лизина, либо L-треонина в зависимости от того, какое из этих соединений имеется в избытке. В то же время гомосерин является промежуточным продуктом на пути биосинтеза как L-метиони-на, так и L-треонина (рис. 2.5). Если бы имелась только одна гомосериндегидрогеназа, полностью ингибируемая избытком L-треонина, то в этих условиях оказался бы также полностью подавленным и синтез L-метионина; очевидно, что необходим еще один регуляторный механизм. И действительно, у Е. coli К12 были открыты третья аспартаткиназа и вторая гомосериндегидрогеназа. Эти ферменты не ингибируются L-лизином, L-треонином и L-метионином, и в то же время L-метионин репрессирует их синтез. Указанные ферменты удалось обнаружить в опытах с мутантами, которые не способны к синтезу метионина в условиях его пониженного содержания в среде; это обеспечивало дерепрессию ферментов [12]. Благодаря наличию дополнительных ферментов биосинтез L-метионина может иметь место в условиях высокой концентрации обеих аминокислот — L-лизина и L-треонина.
Наличие двух гомосериндегидрогеназ предполагает также существование еще одного механизма регуляции, благодаря которому при избытке L-треонина присутствующий в уменьшенном количестве гомосерин направляется на образование L-метионина, а при из-
<ФЕП + Э4Ф —ДАГФ
7*
> Хоризгиат
Антранилат
|б
Фосфорибозил -антранилат
Две ^стадии
ИндолглицерОл-фосфат
I
L-триптофан
2-U
Т
Префенат
> Фенил- • пиру ват
I
¦ L- фенилаланин
Ги дроксифенил -пиру ват
L-тирозиН
Рис. 2.7. Биосинтез ароматических аминокислот. Ингибирование конечным продуктом показано пунктирными линиями. Параллельные стрелки указывают на функционирование изоферментов. / — 3-дезокси-0-арабиногептулозонат-7-фосфат(ДАГФ)-синтета-за; 2 — хоризматмутаза; 3 — префенатдегидратаза; 4 — префеиат-дегидрогеназа; 5 — антранилатсинтетаза; 6 — антранилат-5-фос-форибозилпирофосфат (ФРПФ) — фосфорибозилтрансфераза. 4>ЕП — фосфоенолпируват; Э4Ф — эритрозо-4-фосфат.
бытке L-метионина гомосерин поступает на синтез L-треонина. Это достигается, вероятно, путем ингибирования гомосеринкиназы L-треонином [13] и О-сукци-нилгомосерин—синтетазы L-метионином [14]; наличие такого ингибирования было показано in vitro.
Важность некоторых (но не всех) рассмотренных выше регуляторных механизмов была продемонстрирована на бактериальных мутантах; во всех случаях опыты проводились по типу, уже описанному для треониндезаминазы (разд. 2.3).
