Индукция р-галактозидазы. Один из наиболее изученных примеров ин дукции синтеза ферментов-это синтез фермента, необходимого для ис пользования лактозы клетками Escherichia coli (рис. 16.1). Лактоза-ди-сахарид, который, прежде чем вступить на путь катаболизма гексоз, должен быть расщеплен:
Р-Галактоэидаза
Лактоза + НгО----------- » D-Глкжоза + D-Галактоза
Клетки дикого типа, растущие на среде с глюкозой, содержат лишь едва заметные следы (3-галактозидазы. Если же выращивать их на среде с лактозой или иным р-галактозидом, то р-галактозидазная активность увеличивается в 1000 раз: этот фермент может составлять около 3% все го клеточного белка! Он обычно образуется только в присутствии инду цирующего вещества-лактозы. Изучению механизма регуляции существенно помогло применение не используемого бактерией индуктора-2-пропил-р-тиогалактозида. Добавление этого вещества приводит к «обманной» индукции р-галактозидазы: фермент образуется, но не может гидролизовать соединение, индуцировавшее его синтез, и сделать его доступным для дальнейших превращений.
Координированная и последовательная индукция. Если при расщепле нии субстрата А образуется последовательный ряд промежуточных про дуктов В, С и т.д. и в этом процессе участвуют ферменты а, Ь, с и т.д. то теоретически возможны несколько схем индукции ферментов (рис. 16.2):
- 1. Синтез отдельных ферментов может происходить поэтапно, или последовательно; при этом каждый следующий фермент индуцируется продуктом предшествующей реакции.
- 2. Синтез всех ферментов данной цепи реакций индуцируется коор динированно, т. е. субстрат А вызывает одновременное образование все го ряда ферментов от а до е.
Несколько ферментов, катализирующих ряд начальных реакций (например, а, Ъ, с), индуцируются совместно, после чего продукт послед ней из этих реакций (D) или какой-либо другой из них (например, С) ин дуцирует синтез ферментов следующей серии реакций (d, ё).
Координированный синтез всех ферментов, необходимых для ис пользования того или иного субстрата, дает клетке то преимущество, что она может быстро реагировать на его появление. При последова тельной индукции скорость превращения субстрата, а значит, и ско рость роста клеток увеличиваются медленно, так как концентрация про дукта первой реакции в клетке должна достигнуть определенного порогового уровня, прежде чем она будет стимулировать образование второго фермента. При регуляции синтеза ферментов конвергирующих (сходящихся) путей катаболизма представляется целесообразным подразделение этих ферментов на совместно (координированно) регули руемые группы, синтез которых в свою очередь индуцируется продук том предыдущей группы ферментов. Регуляция синтеза ферментов сходящихся катаболических путей детально изучалась на примере рас щепления миндальной кислоты, 4-гидроксибензойной кислоты и трип тофана клетками Pseudomonas putida, Acinetobacter calcoaceticus иAlcaligenes eutrophus; схемы регуляции у разных видов оказались различными.
Индукция продуктами реакций. Синтез некоторых ферментов индуци руется продуктом первой или следующей реакции данного катаболиче-ского пути. Это имеет место, например, при расщеплении триптофана; путь этого процесса идет от L-триптофана через L-формилкинуренин, L-кинуренин и антраниловую кислоту к пирокатехину. Индуктором для соответствующей группы ферментов служит кинуренин:
При этом типе индукции «основной» (минимальный) уровень ферментов, участвующих в превращении триптофана в кинуренин, должен быть достаточно высок для того, чтобы при наличии высокой концентрации субстрата-триптофана-могли образоваться хотя бы следовые количества кинуренина. Индукцию продуктом при расщеплении L-трип тофана через L-кинуренин можно рассматривать как защитный механизм, предотвращающий индукцию катаболических ферментов эндоген но синтезируемым триптофаном, необходимым для синтеза белка. Триптофан разлагается лишь тогда, когда он добавлен к питательной среде и поэтому клетки содержат его в высокой концентрации.
