РЕГУЛЯЦИЯ МЕТАБОЛИЗМА МИКРООРГАНИЗМОВ НА УРОВНЕ БИОСИНТЕЗА ФЕРМЕНТОВ ТЕМА №

студентов специальности 020209.65 Микробиология
Лектор: Алешина Е.С., к.б.н., доцент

индуцибельные ферменты, гены (опероны), типы экспрессии.
Организация оперона.
Виды индукции у прокариот.
Lac-оперон

данному признаку все ферменты делятся на два класса:
Конститутивные ферменты –

Индуцибельные (адаптивные) ферменты – это ферменты, количества которых могут резко меняться в зависимости от состава питательных веществ среды. При отсутствии в среде субстратов этих ферментов, последние содержатся в клетке в следовых количествах. Если в среду добавить вещество, служащее субстратом определенного фермента, происходит быстрый синтез этого фермента в клетке.

регулироваться по принципу «больше или меньше». Это специфичные гены, или

Конститутивные гены
постоянно включены. К конститутивным относятся гены, кодирующие тРНК, рРНК, ДНК-полимеразы, РНК-полимеразы, белки-гистоны, белки рибосом и т.д. Иначе говоря, это «гены домашнего хозяйства», или существенные гены без которых клетки не могут существовать.

Все гены организма можно разделить на две большие группы:

ТИПЫ ЭКСПРЕССИИ
При конститутивном типе микроорганизмы синтезируют β-лактамазы с постоянной скоростью, а при индуцибельном количество синтезируемого фермента резко возрастает после контакта с антибиотиком (индуктором).

низкомолекулярных эффекторов – аргинина, гистидина и триптофана (или в том

Индуцибельные,
максимальная частота транскрипции достигается только тогда, когда в питательной среде присутствует внешний эффектор – лактоза, галактоза или арабиноза (опероны, управляющие катаболизмом лактозы, галактозы, арабинозы). Внешние эффекторы называют также внешними индукторами. Синтез ферментов индуцибельных оперонов включается посредством индукции.

Концепция оперона выдвинута в 1961 французским учеными Ф.Жакобом и Ж.Моно.
Оперон – группа из двух или более структурных генов, кодирующие тесно связанные между собой функциональные белки, совместно транскрибируемые и находящиеся под общим контролем.

Промотор (P) – регуляторный участок ДНК, который служит для присоединения РНК-полимеразы к молекуле ДНК.
Оператор (O) – регуляторный участок ДНК, который способен присоединять белок-репрессор, который кодируется соответствующим регуляторным геном R.
Структурные гены (Z,Y,A) определяют первичную структуру синтезируемого белка.
Терминатор (T) – регуляторный участок ДНК, который служит для отсоединения РНК-полимеразы после окончания синтеза мРНК.

две α-спирали, расположенные под углом друг к другу, т.о. одна

Репрессор может прочно связаться с ДНК только в том случае, если имеется соответствие между боковыми цепями аминокислот узнающий α-спирали и функциональными группами ДНК, экспонированными в большой желобок.

промежуточных продуктов В, С и т.д. и в этом процессе

этом каждый следующий фермент индуцируется продуктом предшествующей реакции.
А. Строго последовательная

Время появления индуцибельных ферментов (в нулевое время к клеткам, выросшим в условиях, не вызывавших индукции, добавляли индуцирующий субстрат).

е. субстрат А вызывает одновременное образование всего ряда ферментов от

Б. Полностью координированная индукция.

Время появления индуцибельных ферментов (в нулевое время к клеткам, выросшим в условиях, не вызывавших индукции, добавляли индуцирующий субстрат).

a b c d e

с), индуцируются совместно, после чего продукт последней из этих реакций

В. Последовательная индукция координированно регулируемых групп ферментов.

Время появления индуцибельных ферментов (в нулевое время к клеткам, выросшим в условиях, не вызывавших индукции, добавляли индуцирующий субстрат).

который прежде, чем вступить в метаболизм должен быть расщеплен) клетками

Клетки дикого типа, растущие на среде с глюкозой, содержат лишь едва заметные следы β-галактозидазы. Если же выращивать их на среде с лактозой или иным β-галактозидом, то β-галактозидазная активность увеличивается в 1000 раз. Он обычно образуется только в присутствии индуцирующего вещества – лактозы.

ИНДУКЦИЯ СИНТЕЗА ФЕРМЕНТОВ (β-галактозидазы)

Лактоза + Н2О D-глюкоза + D-галактоза

β-галактозидаза

структурные гены,
Т – терминатор,
lac – регуляторный ген.
белок-репрессор

находится под отрицательным контролем.

пермеазы и превращается в алло-лактозу, действующую как индуктор (внутренний).
ЛАКТОЗНЫЙ ОПЕРОН

что транскрипция происходит лишь тогда, когда с промотором связан второй

Связывание CAP служит необходимым условием для присоединения РНК-полимеразы к ДНК. Однако САР может связаться с промотором только в том случае, если в клетке в достаточно высокой концентрации присутствует циклический AMP (сАМР).

ЛАКТОЗНЫЙ ОПЕРОН (lac-оперон)

lас-оперона индуцируется.

Если в питательной среде для E.coli содержатся глюкоза, синтез

ЛАКТОЗНЫЙ ОПЕРОН (lac-оперон)

положительной регуляции, так же как рамнозный и мальтозный опероны.
Арабинозный оперон

АРАБИНОЗНЫЙ ОПЕРОН (ara-оперон)

реакции данного катаболического пути. Это имеет место, например, при расщеплении

Индукцию продуктом при расщеплении β-триптофана через β-кинуренин можно рассматривать как защитный механизм, предотвращающий индукцию катаболических ферментов эндогенно синтезируемым триптофаном, необходимым для синтеза белка. Триптофан разлагается лишь тогда, когда он добавлен к питательной среде и поэтому клетки содержат его в высокой концентрации.

находящихся в окружающей среде и являющихся конечными продуктами каких-либо биосинтетических

добавлении к среде аргинина почти мгновенно прекращается (репрессируется).
Число
клеток
Общий
белок
Аргинин
ОКТаза

аргининового оперона.
Клетки Escherichia coli (дикого типа) выращивали на минимальной питательной

терминации

способные подавлять синтез ферментов других путей катаболизма, участвующих в метаболизировании

г. Моно). При наличие двух субстратов они используется клетками не

«Эффект глюкозы», или катаболитная репрессия: замедленное образование β-галактозидазы у E.coli. Питательня среда вначале содержала 0,4 мг/мл глюкозы и 2 мг/мл лактозы. Пока в среде есть глюкоза, образование β-галактозидазы репрессируется.

КАТАБОЛИТНАЯ РЕПРЕССИЯ

У E.coli сначала используется глюкоза, и при этом подавляется синтез ферментов, необходимых для расщепления второго субстрата – лактозы.

Плотность бактерий

β-галакто-зидаза

в молекулах АТФ.
Аденилатциклаза – фермент, при участии которого образуется сАМР.
КАТАБОЛИТНАЯ

цАМФ. Контакт с ДНК опосредуется двумя спиральными участками полипептидной цепи,