Regulyatsia_metabolizma (Комплект полезных материалов по микробиологии)

Регуляция метаболизма

Биохимические основы и уровни регуляции метаболизма. Регуляция синтеза ферментов. Конститутивные и индуцибельные ферменты. Индукция и репрессия. Катаболитная репрессия.

Регуляция активности ферментов. Аллостерические ферменты и эффекторы. Ковалентная модификация ферментов. Аденилатный контроль и энергетический заряд клетки.

Поток углерода через тот или иной путь может регулироваться следующими основными способами:

• локализацией метаболитов и ферментов в разных частях клет­
  ки;

• стимуляцией или иигибированием активности определенных
  ферментов, позволяющей быстро менять путь метаболизма;

■ контролем количества молекул фермента у микроорганиз­
мов обычно на уровне транскрипции. Этот способ более медлен­
ный, ферменты синтезируются только в случае, когда в них есть
необходимость.

Контроль активности ферментов. Контроль осуществляется не­сколькими способами.

Аиостерическая регуляция предполагает наличие у молекулы фермента двух сайтов — каталитического и регуляторного. Под действием эффектора — небольшой молекулы, обратимо некова-лентно связывающейся с регуляторным сайтом фермента, проис­ходит конформационное изменение его каталитического сайта. Примером может служить аспартаткарбомоилтрансфе-раза из Е. coli, для которой ЦТФ (конечный продукт биосинтеза пиримидинов) — негативный эффектор, а АТФ — позитивный эффектор. Эффекторы изменяют К_м, но не максимальную ско­рость реакции

Ковалентная модификация ферментов — это обратимый про­цесс, заключающийся в ковалентном связывании или удалении определенной группы, что изменяет активность фермента.

Управление синтезом ферментов. Ферменты, синтезирующиеся независимо от условий выращивания микроорганизма, называ­ются конститутивными (например, ферменты утилизации глю­козы), а синтезирующиеся при наличии определенного доступ­ного субстрата — индуцибельншш (ферменты утилизации лактозы у Е. coli, ферменты деградации аминоароматических соединений у Pseudomonas).

Другой механизм управления синтезом нужного фермента — это индукция и репрессия (рис. 156). Например, фермент р-галакто-зидаза — индуцнбельный фермент у Е. coli, уровень которого по­вышается в присутствии небольшой молекулы (аллолактозы), на­зываемой индуктором. Аминокислоты, присутствующие в окружа­ющей среде, могут снижать образование ферментов, ответствен­ных за их биосинтез. Тогда эти ферменты относят к репрессибель-ным, а метаболиты, вызывающие снижение синтеза такого фер­мента, называют коропрессорами.

Примером оперона под позитивным контролем может служить /дс-оперон. Такие опероны функционируют только в присутствии контролирующего фактора. Л-яс-опсрон регулируется САР-белком (catabolite activator protein) или цАМФ (рис. 157). Если Е. coli рас­тет в среде с глюкозой и лактозой, то наблюдается явление диаук сии: сначала используется вся глюкоза, а затем после короткого лаг-периода начинает потребляться лактоза Когда бактерии растут на глюкозе, уровень цАМФ падает, что приводит к дезактивации САР-белка, и /ас-оперон не экспресси-рустся (катаболитная репрессия). Уменьшение количества цАМФ может быть следствием влияния ФЕП-фосфотрансфератой систе­мы (см. рис. 77) на активность аденилатциклазы, Фосфорилнрован-ная форма фермента ЕЗ этой системы може! доннровать фосфат глюкозе во время ее транспорта в клетку либо активировать адс-нилатциклазу. Если глюкозы в среде много и она активно транс­портируется, то количество фосфорилированного ЕЗ мало, аде-нилашиклаза неактивна и уровень цАМФ падает. К тому же пре­обладающая нефосфорилированная форма ЕЗ связывает пермеазу лактозы, аллостерически ингибируя ее и таким образом блокируя поглощение лактозы из среды. Активный катаболизм глюкозы приводит к возрастанию энергетического заряда клетки, так как среди аденозинфосфатов преобладает АТФ, поэтому можно ска­зать, что чем больше энергетический заряд клетки, тем меньше образуется цАМФ.

Энергетический заряд клетки рассчитывают по формуле