Регуляция ферментативной активности - Коэн Ф.
Скачать (прямая ссылка):
Отметим, что у Е. coli ферменты синтеза ароматических аминокислот, пиримидинов и жирных кислот -функционируют как автономные единицы. У гриба Fusarium oxysporum в синтезе циклического пептидно-
го антибиотика энниатина участвуют по крайней мере пять ферментов: все они относятся к одной полипептидной цепи с Мт= 250 000 [24].
Один из путей образования полифункциональных ферментов — слияние генов. Экспериментально его возможность была продемонстрирована в опытах на 5. typhimurium. Второй и третий гены гистидинового оперона, которые в норме кодируют два различных белка, гистидинолдегидрогеназу и имидазолацетол-фосфат-аминотрансферазу, были объединены в результате двух последовательных мутаций со сдвигом рамки в межцистронной зоне; это привело к элиминированию кодона терминации, в норме находящегося между двумя генами, и два фермента стали синтезироваться в составе одного полипептида, который свертывается таким образом, что обе каталитические активности в значительной степени сохраняются [25].
В полифункциональных ферментах, а также в по-лиферментных комплексах, в которых несколько ферментов взаимодействуют нековалентно, различные активности функционально тесно взаимосвязаны и часто катализируют серии последовательных реакций. Такая ситуация имеет два очевидных преимущества.
1. Последовательные реакции протекают в определенной области клетки, так что продукт каждой реакции оказывается доступным для следующего фермента в значительно большей концентрации, чем в том случае, если бы ферменты были неупорядоченно распределены в клетке.
2. Поскольку промежуточные соединения, не покидая поверхности комплекса, сразу же связываются со следующим ферментом, вероятность того, что это соединение вступит в какую-либо побочную реакцию, сводится к минимуму. Примером может служить хориз-матмутазная система биосинтеза ароматических аминокислот (рис. 2.7). Хоризматмутаза Р (ингибируемая фенилаланином) образует комплекс с префенатгидра-тазой — ферментом, который катализирует образование фенилаланина, в то время как хоризматмутаза Т (ингибируемая тирозином) образует комплекс с пре-фенатдегидрогеназой — ферментом, участвующим в
синтезе тирозина [16]. Таким образом, имеются по существу два пула префената, один из которых предназначен для синтеза фенилаланина, а другой — для синтеза тирозина.
Труднее, к сожалению, проанализировать ситуацию в случае двух бифункциональных аспартатки-наз—гомосериндегидрогеназ, поскольку аспартаткиназа и гомосериндегидрогеназа не следуют функционально непосредственно одна за другой (рис. 2.5). Данные же о том, что второй фермент цепи — дегидрогеназа полуальдегида аспарагиновой кислоты (который, по-видимому, представлен одной формой) — связан с бифункциональными ферментами, отсутствуют [11]. В отношении аспартаткиназы I—гомосеринде-гидрогеназы I необходимо заметить следующее. При слиянии гена аспартаткиназы, чувствительной к ингибированию L-треонином, с геном, кодирующим гомо-сериндегидрогеназу, для обеспечения взаимодействия между соответствующими глобулярными доменами белка может оказаться достаточным лишь очень небольшое число мутаций; в таком бифункциональном ферменте L-треонин будет координированно ингибировать гомосериндегидрогеназу и аспартаткиназу. Такая -«экономия» может давать определенные селективные преимущества [18]. Подобная аргументация не может €ыть, однако, использована в случае бифункционального фермента аспартаткиназа II — гомосериндегидрогеназа II, который не ингибируется по типу обратной связи. Отметим в заключение, что у всех бифункциональных ферментов участки цепей, которые образуют активные центры, синтезируются в эквимолярных количествах, что представляет собой простой путь координации синтеза ферментов.
2.7. Регуляция аспартаткиназы у различных бактерий: эволюция регуляторных механизмов
У Е. coli и Salmonella typhimurium бифункциональный фермент аспартаткиназа I—гомосериндегидрогеназа I образован одной полипептидной цепью. У других бактерий, например у Azotobacter и Pseudomonas,
соответствующие ферменты образуются как автономные белки, каждый из которых ингибируется L-трео-нином. Аспартаткиназа В. polymyxa и В. subtilis не ингибируется ни L-треонином, ни L-лизином; в то же время смесь этих аминокислот вызывает почти полное подавление активности (поливалентное ингибирование по типу обратной связи). Аспартаткиназа Rho-dospirillium rubrum полностью ингибируется L-треонином. В то же время L-метионин и L-изолейцин активируют этот фермент (в отсутствие L-треонина), а L-изолейцин способен эффективно обращать ингибирование^ вызываемое L-треонином. Треониндезйминаза Rho-dospirillum rubrum не ингибируется L-изолейцииом, а L-лизин не оказывает действия на активность аспар-таткиназы; в такой ситуации увеличение отношения изолейцин/треонин может служить сигналом для ускорения образования общих промежуточных соединений, необходимых для биосинтеза L-лизина и L-метиони-на [26, 27].
Очевидно, что у рассмотренных выше бактерий регуляция биосинтеза L-лизина, L-метионина, L-треонина к L-изолейцина осуществляется с помощью механизмов, отличных от тех, которые функционируют у Е. coli К 12. Важное общее правило состоит в том, что хотя стадии метаболических путей у разных организмов неизменны, регуляция этих путей может значительно варьировать не только от организма к организму, но у некоторых млекопитающих от одного типа клеток к другому. Аспартаткиназная система иллюстрирует различные регуляторные механизмы, которые несомненно возникли намного позже, чем сами метаболические пути.
