Microbiology

Репрессия конечным продуктом. Влияние конечного продукта биосинте тического пути на концентрацию ферментов этого пути можно проил люстрировать на примере синтеза аргинина (рис. 16.3). Аргинин синте­зируется из глутамата (см. рис. 7.17) через орнитин, цитруллин и аргининосукцинат:

При выращивании клеток Escherichia coli на минимальной среде кон центрация одного из ферментов биосинтеза аргинина - орнитин :карба-моил-трансферазы (ОКТазы)-оказывается «обычной». При добавлении к минимальной среде аргинина (20 мкг/мл) образование ОКТазы сразу же прекращается вследствие репрессии. В результате дальнейшего роста клеток в присутствии аргинина происходит «разбавление» фермента, и его активность падает до очень низкого уровня. Если теперь отмыть клетки от аргинина и перенести их в минимальную среду, не содержа щую этой аминокислоты, то сразу же произойдет дерепрессия и синтез ОКТазы возобновится. Спустя короткое время концентрация фермента во много раз превысит его содержание в исходной суспензии клеток (рис. 16.4).

Лишь постепенно, после того как синтез анаболических ферментов приведет к образованию и накоплению аргинина, активность ОКТазы вновь снизится и достигнет «обычного» уровня.

На мутантах, дефектных по одному из ферментов биосинтеза аргинина, путем опытов в хемостате удалось показать, что состояние дерепрессии может сохраняться: если рост клеток лимитируется аргини ном, активность фермента в 25 раз выше «обычного» уровня.

Теоретически регуляция синтеза ферментов могла бы осуществляться как при транскрипции, так и при трансляции. Как выяснилось, экспрес сия генов у прокариот регулируется главным образом на уровне тран­скрипции. Большинство генов, кодирующих структуру полипептидных цепей, подвержено регуляции-точнее, регулируется их транскрипция. От условий среды и состояния клеточного метаболизма зависит, будут ли синтезироваться определенные ферменты, т.е. будут ли вообще и с какой частотой транскрибироваться соответствующие гены.

Для такой регуляции нужно, чтобы к ДНК из других частей клетки поступали определенные сигналы. Сигнальные вещества, или молекулы-эффекторы, представляют собой низкомолекулярные соединения, такие как сахара или их производные, аминокислоты или нуклеотиды. По скольку такие эффекторы не могут вступать в прямое взаимодействие с ДНК, посредником для каждого из них служит определенный регуля-торный белок. Если эффектор присутствует в клетке в высокой концен трации, то в результате специфического присоединения к регуляторному белку он изменяет его кон формацию и тем самым-его способность связываться с ДНК. Регуляторный белок, который связывается с ДНК в отсутствиеэффектора (индуктора), называют репрессором. Если же бе лок связывается с ДНК в присутствииэффектора (корепрессора), его на зывают апорепрессором.

Пути биосинтеза. Как. правило, путем ингибирования конечным продук том регулируется первый фермент данной биосинтетической последова тельности реакций. Если в клетке происходит избыточное образование и накопление конечного продукта, то в результате торможения первого фермента деятельность всей цепи тотчас же замедляется.  В процессе биосинтеза изолейцина из треонина таким ферментом служит треонин-дезаминаза:

Регулируемые и нерегулируемые нефункциональные ферменты (изо-зимы). Следует отметить, что не всякая треониндезаминаза ингибирует-ся изолеицином. Если Escherichia coli растет в аэробных условиях на среде с глюкозой и солями аммония, то ее клетки содержат только од ну треониндезаминазу, на анаболическую функцию которой указывает аллостерическое торможение изолеицином. Но если клетки растут в анаэробных условиях на среде со смесью аминокислот (пептон и гид-ролизат казеина), то происходит репрессия синтеза анаболической трео-ниндезаминазы и образуется изозим, обладающий катаболической ак тивностью и подверженный аллостерическому регулированию только со стороны AMP и ADP.