Высшее образование

Аналоги конечных метаболитов

жүктеу/скачать 5 Mb. бет 11/129 Дата 31.12.2021 өлшемі 5 Mb. #21358

Аналоги конечных метаболитов Конечный метаболит
Аналог конечного метаболита
L-аргинин	D-аргинин
L-гистидин	L-тиазолаланин
L-лейцин	L-валин
L-триптофан	5-метилтриптофан

Для отбора объектов продуценты выращивают на селективной среде, содержащей подходящий аналог или антиметаболит, кото­рые не включаются в обмен веществ (в частности, аналоги ами­нокислот не включаются в состав белков), что ведет к подавле­нию роста организма. Выжившие мутанты обладают дефектами в механизме регуляции активности фермента по принципу обрат­ной связи и поэтому служат важными объектами в обеспечении сверхсинтеза целевого продукта.

Среди тысяч энзимов, присущих микроорганизмам, одни, на­пример ферменты гликолиза, синтезируются постоянно и их обра­зование не зависит от состава питательной среды. Такие ферменты называют конститутивными. Другие энзимы, адаптивные или инду- цибельные, возникают только в ответ на появление в питательной среде индукторов — субстратов или их структурных аналогов. Так, Добавление (3-галактозида — лактозы к питательной среде, на кото­рой культивируются клетки кишечной палочки Е. coli, вызывает мгновенное появление (3-галактозидазы в них, биосинтез которой ^в последующий период времени возрастает в 10000 раз. Установ­лено, что регуляция объема биосинтеза ферментов осуществляет­ся на оперонном уровне (Ф.Жакоб и Ж. Моно, 1961) путем изме­нения количества иРНК, образующихся в процессе транскрипции.

Опероном называется упорядоченная совокупность структурных генов (со знаками начала и конца) и регуляторных участков. В состав регуляторной зоны оперона входят ген-регулятор, промо­тор, усилители транскрипции (энхансеры), ослабители транскрип­ции (сайлансеры) и другие компоненты.

В процессе индукции низкомолекулярный метаболит-индуктор (например, лактоза), соединяясь с репрессорным белком (про­дукт гена-регулятора), инактивирует его и тем самым препятству­ет взаимодействию белка-репрессора с зоной оператора, что обес­печивает возможность присоединения к промотору РНК-полиме- разы и начало синтеза иРНК.

Изучение механизма регуляции новообразования аминокислот у микроорганизмов показало, что конечные продукты метаболичес­ких путей не только ингибируют активность ферментов первых ста­дий процесса, но и тормозят биосинтез ферментов последних его этапов. Таким образом, помимо аминокислот у микроорганизмов регулируется новообразование многих первичных метаболитов (пури- новых и пиримидиновых нуклеотидов, витаминов и других соедине­ний). Обнаруженный феномен был назван репрессией, а ферменты, биосинтез которых стопорится под влиянием низкомолекулярных метаболитов, переводящих репрессорный белок в активную фор­му, способную оккупировать зону первоначального связывания РНК-полимеразы (оператор), называются репрессибельными. К их числу относятся глутаминсинтетаза, триптофансинтетаза, орнитин- карбамилтрансфераза, уреаза и ряд других энзимов. Специально поставленные опыты продемонстрировали, что репрессия биосин­теза ферментов обеспечивает более грубую в сравнении с ретро- ингибированием регуляцию образования анаболических энзимов Если концентрация конечного продукта уменьшается до опреде­ленного очень низкого уровня, то происходит дерепрессия фермен­та, т. е. скорость их биосинтеза возрастает до необходимых величин Бактериальные клетки продуцируют множество низкомолеку­лярных эффекторов в ответ на изменение окружающей средь: (стресс, голодание, действие фагов и пр.). Каждый из эффекто­ров, взаимодействуя по аллостерическому механизму с опреде­ленными регуляторными белками, моделирует промоторную спе­цифичность РНК-полимеразы, запуская тем самым экспрессию определенного набора генов.

Таким образом, ведущими механизмами, обеспечивающим! экономность образования продуктов в клетках микроорганизмоь являются ретроингибирование и репрессия, базирующиеся н принципе обратной связи.

Если в питательной среде присутствуют несколько различны источников углерода, клетка микроорганизма вырабатывает фег-Структурные гены (1ас-гены) Оператор (О)