Репрессия

Печать E-mail
 

 

Репрессия конечным продуктом. Влияние конечного продукта биосинте­тического пути на концентрацию ферментов этого пути можно проил­люстрировать 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 кон­центрация 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 содержа­щую 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 аргини­ном, активность фермента в 25 раз выше «обычного» уровня.

 

Image

 

 

Image

Схемы регуляции при разветвленных путях биосинтеза. Регуляция образования ферментов, участвующих в разветвленных путях биосинте­за, очень сложна. Примерами могут служить системы, синтезирующие «семейство ароматических аминокислот», «семейство аспарагиновой кислоты» и «семейство пировиноградной кислоты» (см. рис. 7.17). Оче­видно, что каждый конечный продукт может репрессировать образова­ние ферментов только специфического пути биосинтеза. Ферменты, на­ходящиеся перед местом разветвления путей, подвержены репрессии всеми конечными продуктами, действующими одновременно (мультива-лентная репрессия). Синтез этих ферментов подавляется лишь тогда, когда в питательной среде присутствуют все конечные продукты; если же добавлять их по отдельности, они такого эффекта не оказывают.

Интересный пример разветвленного пути биосинтеза-образование L-изолейцина, L-лейцина и L-валина. В роли катализатора четырех эта­пов биосинтеза валина из пирувата и изолейцина из 2-оксобутирата вы­ступает на каждом этапе в обеих цепях один и тот же фермент (рис. 16.5), а образующийся 2-оксоизовалерат (2-оксо-З-метилбутират) служит общим предшественником валина и лейцина.

Катаболитная репрессия. В то время как репрессия конечным продук­том действует на путях биосинтеза, при помощи катаболитной репрес­сии регулируются катаболические реакции. Если в питательной среде содержатся два разных субстрата, то, как правило, бактерии «предпочи­тают» тот, который обеспечивает более быстрый рост. Этот субстрат вызывает репрессию синтеза тех ферментов, которые нужны для ис-

 

Image

пользования второго субстрата (рис. 16.6). Катаболитная репрессия ле­жит в основе, например, известного явления диауксии (см. рис. 6.7). При наличии двух субстратов (глюкоза + сорбит, глюкоза + ацетат) они ис­пользуются клетками Е. coli не одновременно, а последовательно. Сна­чала используется глюкоза, и при этом она подавляет синтез фермен­тов, необходимых для расщепления второго субстрата.

Сложнее обстоит дело, когда та или иная аминокислота служит для клеток не только источником энергии и углерода, но также источником

 

Image

 

Image

азота. На примере использования гистидина клетками Enterobacter aerogenes видно, как может влиять глюкоза на содержание ферментов, с помощью которых происходит усвоение какой-либо аминокислоты. Измеряли содержание в клетках гистидазы, взятой в качестве типичного катаболического фермента (табл. 16.1). В среде, содержавшей глюкозу и аммонийный азот, образования гистидазы не происходило даже в присутствии гистидина. Глюкоза и ионы аммония совместно почти полностью подавляли синтез этого фермента. При отсутствии ионов NH4, т.е. в условиях, когда клетки не имели дополнительного источ­ника азота и должны были использовать азот гистидина, репрессирую­щее действие глюкозы на синтез гистидазы было менее выражено. Этот пример показывает, что недостаток азота может частично снимать ка-таболитную репрессию, вызываемую глюкозой. Таким образом, синтез катаболического фермента зависит здесь не только от наличия индукто­ра и источника энергии, но и от присутствия азота в среде.

Регулирование концентрации ферментов центральных метаболических путей. Эти ферменты тоже могут быть подвержены регуляции. В клет­ках Escherichia coli, растущих в аэробных условиях, ферменты цикла трикарбоновых кислот присутствуют в высокой концентрации; между тем при росте в анаэробных условиях их активность в 10-20 раз мень­ше, а образование 2-оксоглутаратдегидрогеназы бывает полностью по­давлено. Некоторые анаплеротические ферменты, такие как малатсинта-за, изоцитрат-лиаза и глиоксилат-карболигаза, содержатся только в тех клетках, которым они необходимы для использования имеющегося субстрата.

 
« Пред.   След. »