Теория Жакоба-Моно. Механизмы регуляции метаболизма ... клетки на генном уровне.
реклама
Теория Жакоба-Моно. Механизмы регуляции метаболизма микробной клетки на генном уровне. Индуцируемый ферменты синтезируются клеткой в ответ на воздействие определенного фактора внешней среды, в качестве которого выступает какойлибо компонент внешней среды – эффектор. Под эффекторами понимают вещества, вызывающие изменение скорости синтеза белков при их попадании в микробную клетку. При этом вещества, индуцирующие синтез клеткой определенного фермента называют индукторами, а вещества, подавляющие синтез – репрессорами. Регуляция метаболизма мко на генном уровне основана на использовании механизмов индукции и репрессии синтеза клеточных ферментов. Индукция. Впервые механизм индукции был изучен Жакобом и Моно на примере синтеза индуцируемого фермента β-галактозидазы E.coli. Гены, определяющие структуру ферментов с близкими функциями, сгруппированы в хромосоме в единичный оперон. (в состав lag-оперона E.coli входят три гена: ген z-кодирующий аминокислотную последовательность βгалактозидазы, ген у-структурный ген пермеазы (транспорт лактозы в клетку), ген а-структурный ген ацилазы. Оперон находится под контролем регуляторного участка молекулы ДНК - промотора. Функции промотора ответственной за синтез заключаются в связывании РНК-полимеразы, и-РНК, которая переносит информацию об аминокислотной последовательности определенного фермента или группы ферментов. Последовательность пуриновых и пиримидиновых оснований в промоторе определяет, с какой частотой РНК-полимераза будет присоединяться к нему, т.е. задает мах скорость транскрипции гена и количество синтезируемого фермента. На участке ДНК между промотором и опероном к молекуле присоединяется репрессор-аллостеричес-кий белок, каждая субъединица которого имеет сродство к нуклеоидной последовательности молекулы ДНК в месте присоединения; второй способен присоединять молекулу эффектора (индуктора или репрессора). Жакоб и Моно предложили следующую модель деятельности lag-оперона E.coli. В отсутствии индуктора белок-репрессор связан с молекулой ДНК, блокируя структурные гены, т.е. синтез β-галактозидазы подавлен. При присоединении к аллостерическому центру индуктора изменяется конформация белка-репрессора и его сродство с молекулой ДНК. В результате высвобождаются структурные гены и активируется синтез ферментов. Данный механизм получил название негативной регуляции индукции синтеза ферментов. Имеет место позитивная регуляция индукции. Например, ферменты метаболизма арабинозы у E.coli синтезируются под контролем белкарепрессора, способного осуществлять позитивную регуляцию. В отсутствии арабинозы ферменты, участвующие в ее расщеплении (изомераза, киназа, эпимераза), синтезируются клеткой E.coli в малых количествах, т.к. репрессор блокирует транскрипцию соответствующего оперона. Арабиноза, связавшись с репрессом приводит его в активированное состояние. Аутогенная регуляция. В данном случае в качестве репрессора выступает фермент, информация о синтезе которого зашифрована на контролируемом участке ДНК. Индуктором является продукт катабо-лизма, образующийся под действием фермента Аутоиндукция.Сущность-в перестройке метабо-лизма клетки в направлении синтеза за счет внутриклеточных компонентов. Так, культура гриба Asp.niger, культивируемая в условиях дефицита источников азота, вырабатывает индуктор, ускоряющий синтез протеаз. Репрессия. При регуляции метаболизма по механизму репрессии белокрепрессор в отсутствии эффектора находится в неактивном состоянии, т.е. транскрипция генов и синтез фермента не ограничены. При достижении определенной концентрации продукта катаболизма, образующегося при участии фермента, репрессор переходит в активную форму, блокируя транскрипцию. Т.о., продукт метаболизма в данном случае выступает в роли специфического эффектора (корепрессора), ингибирующего синтез фермента. Частным случаем данного механизма является катаболическая репрессия, тесно связанная с глюкозным эффектом. Она заключается в блокировании синтеза ферментов, отвечающих за расщепление лактозы, галактозы, мальтозы и др. сахаров, продуктами расщепления глюкозы. Синтез ферментов, ответственных за включение
