Микробиология - Гусев М.В.
Скачать (прямая ссылка):
Репрессия может быть координированной, т. е. синтез каждого фермента данного пути в одинаковой степени подавляется конечным продуктом. Часто синтез ферментов одного пути репрессируется в разной степени. В разветвленных биосинтетических путях механизмы репрессии могут быть модифицированы (так же, как и механизмы ингибирования) для того, чтобы лучше обеспечить регуляцию нескольких конечных продуктов из общего исходного субстрата. Синтез многих ферментов в таких путях репрессируется только при совместном действии всех конечных продуктов. Такой вид репрессии называется мультивалентным. Если реакция на общем участке разветвленного пути катализируется изоферментами, синтез каждого из них находится под контролем «своего» конечного продукта.
117
Вернемся к рассмотрению регуляции пути биосинтеза ароматических аминокислот у Е. coli и Вас. subtilis (см. рис. 36). ДАГФ-еинте-таза, которая у Е. coli присутствует в виде трех аллостерических изоферментов, кроме ретроингибирования находится также под репрес-сорным контролем. Синтез трех изоферментов ДАГФ-синтетазы у Е. coli контролируется некоординированно, т. е. максимальные репрессируемые и дерепрессируемые уровни каталитической активности для трех изоформ различны. Такое отсутствие координации вполне объяснимо, поскольку известно, что гены, кодирующие изоферменты ДАГФ-синтетазы, разбросаны по хромосоме и каждый ген находится под своим регуляторным контролем. В результате общая активность фермента есть сумма активностей трех изоферментов, каждый из которых находится под двойным контролем (ингибирование+репрессия) определенной аминокислоты. Репрессии других ферментов общего ароматического пути у Е. coli не обнаружено. У Вас. subtilis единственная ДАГФ-синтетаза значительно репрессируется тирозином, но максимальная репрессия наблюдается в присутствии фенилаланина+тиро-зин. У Вас. subtilis, Е. coli и других бактерий гены, детерминирующие синтез триптофановых ферментов, образуют оперон и поэтому ферменты триптофанового пути у этих организмов координированно репрессируются триптофаном. У Вас. subtilis хоризмовая кислота индуцирует синтез антранилатсинтетазы, фосфорибозилтрансферазы, а также, возможно, синтез всех остальных ферментов триптофанового пути. Синтез изоферментов хоризматмутазы и промежуточных ферментов тирозинового и фенилаланинового пути Е. coli репрессируется конечными продуктами каждого пути. У Вас. subtilis на ингибирование первых ферментов индивидуальных путей биосинтеза тирозина и фе-нилаланина накладывается также репрессия этих ферментов.
Механизм репрессии конечным продуктом на уровне транскрипции стал проясняться с 50-х гг. Большой вклад в это внесли работы Ф. Жакоба и Ж- Моно. Было показано, что наряду со структурными генами, кодирующими синтез ферментов, в бактериальном геноме существуют специальные регуляторные гены. Один из них — ген-регулятор (ген R), функция которого заключается в регуляции процесса транскрипции структурного гена (или генов). Ген-регулятор кодирует синтез специфического белка — репрессора. Репрессор — аллостерический белок, имеющий два центра связывания: один центр узнает определенную последовательность нуклеотидов на участке ДНК, называемом оператором (ген О), другой — взаимодействует с эффектором. Ген-оператор расположен рядом со структурным геном (генами) и служит местом связывания репрессора. В отличие от операторных генов гены-регуляторы расположены на некотором расстоянии от структурных генов (продукты регуляторных генов — репрессоры являются свободно диффундирующими белковыми молекулами).
Часто структурные гены, относящиеся к одному биохимическому пути, объединены в группу, составляющую вместе с оператором единицу транскрипции и регуляции — оперон. Все структурные гены, объединенные в оперон, имеют один операторный участок, локализованный на краю оперона, и координированно регулируются одним репрессо-ром. Оперон представляет собой весьма рациональную и эффективную систему регуляции метаболического пути.
Процесс транскрипции начинается с прикрепления РНК-полиме-разы, катализирующей синтез иРНК, к определенному участку ДНК, называемому промотором (P). Когда молекула репрессора «садится» на операторный участок, она «закрывает» промотор, тем самым пре
118
пятствуя связыванию с ним РНК-полимеразы и началу транскрипции. У прокариот пять генов, кодирующих синтез ферментов триптофано-вого пути, образуют оперон (рис. 37). Ген-регулятор обеспечивает синтез аллостерического белка — триптофанового репрессора, неактивного в свободном состоянии. Последний в таком виде не связывается с операторным участком и не может, таким образом, препятствовать
иРНК
1 1-
в
Il \\ T Днк
W W Ж Ж Ж Полипептидные цепи
Сдободный триптосранобыи репрессор ? неактиднай срорме
иРНК
ДНК
Актиоир о данный репрессор
Норепрессор (триптофан)
Рис. 37. Схематическое изображение триптофанового оперона
Е. coll и механизма репрессии конечным продуктом. А. — Продукт гена-регулятора (R) — неактивная форма репрессора, неспособная связываться с оператором (О); промо-торный участок (P) открыт: происходит транскрипция структурных генов (Е, D, С, В, А). Б. В присутствии корепрессора образуется активный комплекс корепрессор—репрессор, связывающийся с оператором и закрывающий промотор; транскрипции не происходит (по LehningeT, 1974)
