Методы общей бактериологии (том 2) (947293), страница 79
Текст из файла (страница 79)
Это проявляется в том, что и синтез, и каталитическая активность этого фермента контролируются множеством процессов. Его синтез регулируется с помощью репрессии)дерепресснн, а активность — рядом конечных продуктов через сложный путь различных эффекторов, а также с помощью ковалентной модификации. В этой модификации участвует сложная система актнвирующнх и инактнвирующих ферментов, а также различные эффекторы, как показано на рис. 18,5. чАстыч.
мБТАБолизм Адечилилтрачсчзераза 12 Глупзамин- синппеслаза 12 Глутамин- синтетаза-АИР 12АТР Р а 12РР, 4 УЫР 4 УТР Уридилилпранарер ент, уаалпти1ий уридилсм 4 Нзб 4РР, Р, (ВМР), 12 Глутамин- синтетаза-АМР Глутамин- синтетаиз 12Р 12 Арр Рис. 18.5. Регуляция глутаминсинтетазы с помощью ковалентной модификации. Конвертирующий фермент (аденилилтрансфераза) с помощью 1й молекул АТР катализирует аденилнрование каждой из 12 субъединиц глутаминсинтетазы. Эта ковалентная модификация инактивирует Мдз+-зависимую глутаминсинтетазу. Активность аденилилтрансферазы регулируется с помощью превращений белка Рп, который активирует ее.
Когда белок Ры ковалеитно модифицируется другим ферментом (уридилилтрансферазой) до уридилированной формы (Рзз-((зМР)з), он активирует катализируемое аденнлтрансферазой деаденилирование глутаминсинтетазы, восстанавливая тем самым ее нормальную биоснитезирующую активность (44), Инактивацию глутамннсинтетазы путем аденилирования можно продемонстрировать !и у)(го, как это сделано в работе Меке и др.
[30) нли в других работах. )и у)уо это осуществили в условиях аммиачного «шока» следующим образом. Дикий штамм Е. со(( вырастили в минеральной среде (как описано выше) с добавлением 0,4а)о глюкозы в качестве источника углерода и 0,2с(о ).-глутамина в качестве источника азота до середины фазы экспоненциального роста.
Отобрали пробу для анализа, а оставшу- 4)й !3. ФВРМВНТАТИВНАЯ АКТИВНОСТЬ юся культуру разделили на две части. Одну часть оставили необработанной, а ко второй добавили 15 мМ (конечная концентрация) (МН4) 4504. Инкубацию продолжали 5 — 10 мнн, затем пробы отобрали для обработки бромндом гексадецилтриметиламмония и анализировали на глутаминсинтетазную активность с помощью глутамилтрансферазного теста с использованием целых клеток, как описано ранее (равд. 18.2.!1). Каждую пробу (10 мл) сразу же вносили в колбу, содержащую бромнд гексадецилтриметиламмония с конечной концентрацией 90 мкг/мл, встряхивали ! — 3 мин при 30'С и готовили для определения активности фермента (равд. !8.2.1!). Активность фермента определяли в присутствии и в отсутствие 60 мМ МдС!м как указано в методике, для того чтобы установить степень ковалентной модификации в результате аммиачного «шока».
Известно, что и у Е. со14, и у К. аегоденез присутствие НН44 способствует аденилированию глутаминсинтетазы 13, 40, 451. 18.4. РЕГУЛЯЦИЯ СИНТЕЗА 18.4.1. Общие замечания Перефразировав изречение дельфийского оракула «Познай самого себя», можно посоветовать каждому, кому предстоит выбрать вид нли штамм бактерии для изучения конкретного аспекта метаболизма: «Познай свою бактерию>. В наш век специализации стал обычным тот факт, что многие бактериологи посвящают годы, а то и всю свою научную судьбу изучению одного вида микроорганизма. Во многих случаях это оправданно.
Но вместе с тем бывают ситуации, когда следует воспользоваться бесконечным разнообразием мира микробов и выбрать объект, более отвечающий целям конкретного исследования. Иногда таким объектом может оказаться малознакомый представитель микроорганизмов. Поэтому время от времени полезно изучать не только широкоизвестные, но и малоизвестные виды. Приступая к изучению биосинтеза аминокислот, никто не станет, например, продолжать работать с молочнокислыми бактериями.
Эти организмы плохо синтезируют аминокислоты, поэтому последние приходится 4!3 ЧАСТЬ 1У, МЕТАБОЛИЗМ добавлять в их ростовую среду, По-видимому, гораздо более подходящей для этой цели является такая бактерия, как Е. со11, которая синтезирует все свои аминокислоты из глюкозы и ХН~~. Однако для изучения регуляции биоэнергетических процессов у бактерии, не связанных с участием кислорода, более пригодными могут оказаться молочнокислые бактерии, а не Е.
сой. В любом случае пригодность микроорганизма для конкретного исследования определяется в основном его генетическими возможностями. Иногда можно изменить генетический потенциал в соответствии с исследовательской задачей. Это делают путем получения и отбора подходящих мутантных штаммов. Отбор таких мутантов — чрезвычайно важная процедура, ставшая одним из основных элементов методического багажа бактериолога— уже обсуждался в гл. 13 данного руководства. Даже если генетические возможности микроорганизма позволяют ему продуцировать определенный фермент, при этом еще не гарантируется его синтез (транскрипция и трансляция). Синтез многих ферментов и ферментных систем зависит от присутствия или отсутствия определенных регуляторных компонентов, или «триггеров», образующихся эндогенно или вносимых в культуральную среду.
Вещества, стимулирующие транскрипцию, называют индукторами, а сам процесс стимуляции называют индукцией. В тех случаях, когда индукторов нет, говорят о деиндукции. Другие вещества, называемые репрессорами, напротив, предотвращают транскрипцию, а сам процесс предотвращения транскрипции называют репрессией; в отсутствие репрессора происходит дерепрессия. Описаны различные типы репрессии у бактерий: простая репрессия по типу обратной связи, или репрессия конечным продуктом; мультивалентная репрессия, присущая определенным ферментам, участвующим в синтезе аминокислот с разветвленной цепью; координированная репрессия, когда все ферменты, участвующие в биосинтезе, согласованно репрессируются в присутствии высоких концентраций продукта реакции (например, триптофана или гистидина). Описанные ниже эксперименты иллюстрируют некоторые типы регуляции синтеза бактериальных ферментов путем индукции и репрессии.
414 1з. Фвгмвнтхтивнхя лктивность 18.4,2. Индукция (нитратредуктаза) Используя соответствующий дикий штамм Е. со!! (например, МЬ 30 илн К-!2) и описанный ранее нитратредуктазный тест (разд. 18.2.4), можно продемонстрировать индукцию нитратредуктазы. Для этого к среде добавляют ХОз и выращивают культуру в анаэробных условиях. Можно также измерить накопление и последующую утилизацию ХО~ в культуральной среде. Эти два процесса служат индикаторами регуляции активности нитрат-(или нитрит-)редуктазной системы. Свежую культуру после одной ночи выращивания высевают в несколько колб с основной средой, содержащей (на ! л): 2 г КНзР0„7 г КзНРОх, 1 г (г(Н4)~504 и О,! г Мд504 6Н~О, рН 7,2.
Непосредственно перед инокуляцией добавляют в нее стерильный раствор, содержащий 0,02 М глюкозу и 0,25з/з (конечная концентрация) безвитаминного гидролизата казенка. Культуру выращивают при сильном встряхивании до получения приблизительно 50 мкг клеток (сухого веса) на 1 мл среды или дольше (до видимого помутнения среды) н затем обрабатывают следующим образом. Культура А: добавляют 20 мМ 5(а5!Оз и поддерживают в аэробных условиях. Культура Б: добавляют 20 мМ 5(а5(Оз и создают анаэробные условия, поместив культуру в плотно закрывающийся сосуд и пропуская через нее Нз или смесь Х~ — СО~ (95 и 5з/з соответственно).
Культура В: 5!аНОз не добавляют, но создают анаэробные условия, как описано выше. Культура Г: добавляют 20 мМ 14а5!О„ поддерживают в аэробных условиях в течение нескольких часов, затем создают анаэробные условия (как для культуры Б), Если необходимо, культуру вновь переводят в аэробные условия спустя несколько часов. Подобный эксперимент можно разработать и осуще. ствить при изучении регуляции деградирующей треопиндегндратазы. Подобно нитратредуктазе, этот фермент синтезируется только в анаэробных условиях и репрессируется сАМР и катаболитами.
В обоих случаях отбирают пробы культуры (если мутность настолько высока, что мешает последующему 415 ЧАсть [г мвгАаолизм анализу, пробы центрифугнруют) и определяют образование ХОз- по следующей методике. Пробы из каждой культуры (0,2 мл) добавляют к 1 мл реактива А, содержащего 0,80$ сульфаниловой кислоты в 5 н. уксусной кислоте. Пробы разбавляют до 10 мл 0,05 М фосфатпым буфером, рН 7,5, затем добавляют 1,0 мл реактива Б (6 мл диметил-а-нафтиламина в 1 л 5 н.
уксусной кислоты). Оставляют на 30 мин для развития окраски, измеряют оптическую плотность прн 540 нм и вычисляют концентрацию ИОз в каждой пробе по ранее полученной калибровочной кривой. Можно также отбирать пробы культур и после центрнфугнрования измерять активность нитратредуктазы в клетках, как описано выше (равд.