Образование инициатора

Подобно репрессору, инициатор образуется под контролем гена-регулятора репликации. Перед началом деления клетки инициатор получает приказы от клеточной мембраны и, активируя репликатор, вызывает удвоение ДНК (репликатор — это генетическая структура, аналогичная оператору в синтезе ферментов). Мы еще очень мало знаем о природе сигнала, получаемого инициатором, и о деталях механизма, пускаемого им в ход.

Тем не менее не возникает сомнений в том, что клеточное деление имеет свою собственную систему химической регуляции, которая может адаптироваться к составу питательной среды (смотрите рисунки ниже).

Репликация ДНК бактериальной хромосомы

Репликация ДНК бактериальной хромосомы, по-видимому, регулируется так же, как и белковый синтез. Под контролем гена-регулятора синтезируется «инициатор», который под действием сигнала (получаемого, по-видимому, от клеточной мембраны) активирует «репликатор».

Участие клеточной мембраны в репликации

Об участии клеточной мембраны в репликации свидетельствует тот факт, что бактериальная хромосома соединяется в какой-то точке с мембраной (а). Не исключено, что именно сигнал, поступающий от мембраны, стимулирует образование дочерних хромосом (б). Затем мембрана начинает разрастаться, разделяя точки присоединения (в); теперь сама клетка начнет делиться (г).

Мы рассмотрели регуляцию синтеза ферментов; обратимся теперь к регулированию их активности. Как я уже упоминал, Умбаргер и его сотрудники установили, что избыток L-изолейцина не только вызывает у Е. coli прекращение образования ферментов, участвующих в биосинтезе этой аминокислоты, но и подавляет активность фермента, катализирующего первую реакцию в цепи биосинтеза.

Явление регуляции активности ферментов уже отмечали в 50-х годах этого века Новик и Сцилард. Они установили, что при добавлении в среду избыточного количества триптофана Е. coli немедленно прекращает его синтез; следовательно, сигнал  должен был подавить активность ферментов, уже присутствовавших в клетках. Умбаргер занялся изучением прямого воздействия L-изолейцина на ферменты его биосинтеза, выделяя эти ферменты из клетки.

Оказалось, что L-изолейцин подавляет активность именно L-треониндезаминазы, то есть первого фермента в цепи реакций биосинтеза L-изолейцина. Действие L-изолейцина высокоспецифично: даже D-изолейцин — зеркальный изомер L-изолейцина — не говоря уже об остальных аминокислотах, не оказывает на активность фермента никакого влияния.

Нельзя не отметить, что эта система регуляции чрезвычайно экономична и эффективна. Как только содержание L-изолейцина достигает соответствующего уровня, клетка немедленно прекращает его синтез.

Сигнал лишь «выключает» действие первого фермента, но этого вполне достаточно для полной остановки синтеза. Всего замечательнее то, что, коль скоро этот первый фермент синтезирован, подобная регуляция совсем не требует затраты энергии: ведь подавление активности фермента аминокислотой и вне клетки протекает без какого-либо подвода энергии.

Фабрика, в которой все процессы управления осуществлялись бы с помощью реле, не требующих для своей работы никакой затраты энергии, превосходила бы по своей эффективности любое промышленное предприятие.

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

• Репрессия и индукция ферментов
• Система регуляции биосинтеза L-изолейцина у Е. coli
• Модель для механизма регуляции ферментов
• Биологические катализаторы
• Способность мутантных штаммов
• Модели основных механизмов клеточной адаптации ферментов
• 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