Индукция р-галактозидазы. Один из наиболее изученных примеров ин­дукции синтеза ферментов-это синтез фермента, необходимого для ис­пользования 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% все­го клеточного белка! Он обычно образуется только в присутствии инду­цирующего 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 расщепле­нии субстрата А образуется последовательный ряд промежуточных про­дуктов 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 коор­динированно, т. е. субстрат А вызывает одновременное образование все­го ряда ферментов от а до е.

Несколько ферментов, катализирующих ряд начальных реакций (например, а, Ъ, с), индуцируются совместно, после чего продукт послед­ней из этих реакций (D) или какой-либо другой из них (например, С) ин­дуцирует синтез ферментов следующей серии реакций (d, ё).

Координированный синтез всех ферментов, необходимых для ис­пользования того или иного субстрата, дает клетке то преимущество, что она может быстро реагировать на его появление. При последова­тельной индукции скорость превращения субстрата, а значит, и ско­рость роста клеток увеличиваются медленно, так как концентрация про­дукта 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 под-

разделение этих ферментов на совместно (координированно) регули­руемые группы, синтез которых в свою очередь индуцируется продук­том предыдущей группы ферментов. Регуляция синтеза ферментов сходящихся катаболических путей детально изучалась на примере рас­щепления миндальной кислоты, 4-гидроксибензойной кислоты и трип­тофана клетками Pseudomonas putida, Acinetobacter calcoaceticus и Alcaligenes eutrophus; схемы регуляции у разных видов оказались различными.

Индукция продуктами реакций. Синтез некоторых ферментов индуци­руется 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-трип­тофана через L-кинуренин можно рассматривать как защитный меха­низм, предотвращающий индукцию катаболических ферментов эндоген­но синтезируемым триптофаном, необходимым для синтеза белка. Триптофан разлагается лишь тогда, когда он добавлен к питательной среде и поэтому клетки содержат его в высокой концентрации.