15. Принципи регуляції метаболізму у клітинах бактерій. Регуляція активності ферментів. Алостерична регуляція.

Регуляція метаболізму бактерій

Бактерії розробили складні механізми для регулювання як катаболічних, так і анаболічних шляхів.

Як правило, бактерії не синтезують деградаційні (катаболічні) ферменти, якщо субстрати для цих ферментів не присутні в їхньому середовищі і зупиняють біосинтетичні шляхи, коли кінцевий продукт шляху не потрібний або легко отримується шляхом поглинання з навколишнього середовища.

Для прискорення або гальмування метаболічних процесів існує два основних шляхи регуляції: зміна каталітичної активності ферменту; зміна кількості ферменту.

Зміна каталітичної активності ферментів здійснюється за посередництвом різноманітних регуляторних білків, які здійснюють хімічну (наприклад фосфорилювання) або структурну модифікацію (напр зміна просторової конформації) фермента, внаслідок чого він стає активним або неактивним

Алостерична регуляція — один із шляхів регуляції активності ферментів, що базується на ліганд-білкових взаємодіях.

Алостерична регуляція характерна для особливих регуляторних (алостеричних) ферментів, які, крім активного, мають алостеричний ценр, що відповідає за зв’язування з модифікаторами (інгібіторами або активаторами).  

Взаємодія ефекторів з алостеричним центром спричиняє зміну конформації ферменту, яка зумовлює зміну його активності. Алостеричними ефекторами є різні сполуки — нуклеотиди, гормони, іони металів, амінокислоти.

Зміна кількості ферменту – більш повільний шлях регуляції метаболічних процесів, оскільки відбувається на рівні генів. Зміна кількості синтезованого фермента відбувається шляхом регуляції транскрипції. Механізм стимуляції синтезу ферменту на рівні генів має назву індукція, пригнічення синтезу- репресія. Регуляція транскрипції здійснюється за допомогою певних регуляторних білків, а індуктором чи інгібітором синтезу фермента може бути сам його субстрат чи продукт.

26Принципи регуляції метаболізму у клітинах бактерій. Регуляція активності ферментів. Алостерична регуляція. Модифікація ферментів.

Модификация

• Химическая модификация фермента - присоединение к молекуле фермента определенных хим групп для повыш./сниж. активности, напр. регуляция активности ферментов путем фосфорилирования-дефосфорилирования.

• Регуляция активности путем ассоциации-диссоциации субъединиц в олигомерном ферменте.

• Активация ферментов путем частичного протеолиза. Некоторые ферменты синтезируются неактивными и лишь после секреции из клетки переходят в активную форму путем удаления части белковой молекулы.

• Изменение последовательности аминокислот в цепи, конформации фермента (напр аллостерич регуляция - изменение конформации фермента вследствие происоединения эффектора)

16Модифікація ферментів. Механізм синтезу ферментів (лактозний і триптофанів оперон).

27Механізм синтезу ферментів (лактозний і триптофанів оперон).

Хромосома бактерий состоит из групп отдельных генов, имеющих общую регуляцию и объединяемых в опероны. Оперон - это группа функционально связанных между собой генов. Белки, кодируемые генами одного оперона – это ферменты, катализирующие разные этапы одного метаболического пути. Регуляция синтеза ферментов на этапе транскрипции основана на том, что "считывание" бактериальных генов происходит избирательно и скорость образования копий соответствующих иРНК находится под сложным контрольным механизмом.

Оперон содержит:

Кодирующая область, представлена структурными генами, ответственными за синтез ферментов

Промоторно-операторная область:

Оператор - небольшой участок ДНК, который граничит с первым структурным геном. С оператором может связываться белок-репрессор, блокируя начало транскрипции.

Промотор –небольшой участок ДНК перед оператором, служит местом связывания ДНК-зависимой РНК-полимеразы (транскриптазы) и от него начинается транскрипция ДНК.

Когда репрессор связан с ДНК в области оператора, то транскриптаза не может связаться с промотором и транскрипция структурных генов не происходит.

Рядом со структурными генами либо на некотором расстоянии от них находится ген-регулятор. Он кодирует синтез белка-репрессора.

Репрессор – белок, имеющий два центра связывания: один центр узнает оператор, другой – взаимодействует с эффектором (индуктором/репрессором).

Лактозный оперо́н — оперон, содержащий гены ферментов, задействованных в метаболизме лактозы.

Белок-репрессор лактозного оперона синтезируется в активном состоянии и блокирует транскрипцию генов. Для Lac-оперона индуктором является лактоза, которая связывается с репрессором, переводит его в неактивную форму, в результате чего репрессор отсоединяется от оператора и синтез ферментов становится возможным. Таким образом, синтез ферментов происходит тогда, когда в среде есть лактоза.

Триптофа́новый оперо́н — оперон, содержащий гены ферментов, задействованных в биосинтезе аминокислоты триптофан.

В отличие от лактозного оперона, белок-репрессор триптофанового оперона синтезируется в неактивном состоянии и не может заблокировать транскрипцию генов. Триптофан (в данном случае является репрессором транскрипции) соединяется с белком-репрессором и активирует его. Далее такой активный комплекс присоединяется к гену-оператору и блокирует транскрипцию. Таким образом, при наличии триптофана в среде прекращается его внутриклеточный синтез, экономятся ресурсы и энергия бактериальной клетки. Также в состав триптофанового оперона входит аттеньюатор - участок, отвечающий за регуляцию транскрипции во время трансляции, т. к. у прокариот эти процессы идут одновременно.