Биологические катализаторы

Основные машины фабрики-клетки — это биологические катализаторы, или ферменты.

Все продукты (например, специфический белок) синтезируются в несколько стадий, каждую из которых катализирует особый фермент. Любой из этих синтезов регулируется в клетке, по-видимому, двумя способами. Во-первых, может изменяться число машин (то есть молекул фермента), действующих на каком-то этапе синтеза; во-вторых, клетка способна влиять на их производительность. Итак, если нужно ограничить выпуск данного продукта, то в клетке либо сокращается число молекул фермента, либо подавляется их активность, либо происходит и то и другое одновременно.

Ярким примером регуляции подобного типа могут служить механизмы, обнаруженные в опытах с кишечной палочкой (Escherichia coli). В этих опытах изучали образование в клетках кишечной палочки L-изолейцина — аминокислоты, которая наряду с другими аминокислотами используется для построения белков.

Что произойдет, если клетка получит эту аминокислоту в количестве, превышающем потребность в ней для производства белков? Для того чтобы ответить на этот вопрос, L-изолейцин, меченный радиоактивными атомами, добавляли к среде, на которой развивались бактерии. Оказалось, что при избытке L-изолейцина бактерии прекращали синтез этой аминокислоты. В данном случае концентрация соединения в клетке служит сигналом, регулирующим синтез: если содержание L-изолейцина ниже определенного уровня, то клетка продолжает синтезировать его; в противном случае синтез прекращается. Подобно температуре в доме с автоматически регулируемой системой отопления, содержание L-изолейцина в клетке регулируется по принципу отрицательной обратной связи.

Каким же образом осуществляется эта регуляция? Как установили Э. Умбаргер и его сотрудники, избыток L-изолейцина оказывает двоякое влияние на клетку (смотрите рисунок ниже).

Две системы обратной связи у бактерии Е. coli

Рис. 1. На примере синтеза аминокислоты L-изолейцина показаны две системы обратной связи у бактерии Е. coli, регулирующие образование клеточных продуктов. Конечный продукт цепи биосинтеза (L-изолейцин) служит химическим регулятором, который подавляет активность L-треониндезаминазы (А) — первого фермента в цепи биосинтеза, а кроме того, тормозит синтез всех остальных ферментов (Б).

Во-первых, подавляется активность L-треониндезаминазы — фермента, катализирующего первую стадию биосинтеза L-изолейцина.

Во-вторых, при избытке L-изолейцина прекращается образование всех ферментов биосинтеза этой аминокислоты (в том числе и L-треониндезаминазы).

Как ни странно, но эти два регуляторных механизма существуют независимо друг от друга, что было установлено в опытах с мутантными штаммами Е. coli.

«Молекулы и клетки», под ред. Г.М.Франка

• Репрессия и индукция ферментов
• Система регуляции биосинтеза L-изолейцина у Е. coli
• Синтез нуклеиновой кислоты
• Связь молекул субстрата с новыми центрами связывания фермента
• Синтез белков при низком содержании треонина в клетке
• Полученная информация в случае регулируемых ферментов
• Группы гема в молекуле гемоглобина
• Утрата ферментами чувствительности к ингибитору, сохраняя способность к взаимодействию со своими субстратами
• Модель для механизма регуляции ферментов
• Способность мутантных штаммов
• Модели основных механизмов клеточной адаптации ферментов
• Образование инициатора