Биологический каталог




Основы энзимологии

Автор В.К.Плакунов

ествует тесное сопряжение между элонгацией РНК в процессе транскрипции и элонгацией полипептидной молекулы в процессе трансляции (4), и выражается оно не только в пространственном сопряжении процессов, как это имеет место при аттенюации, но и в регуляторном воздействии через молекулы эффекторов. Торможение элонгации трансляции приводит к син-

122

тезу специфического эффектора гуанозинтетрафосфата (ppGpp), который существенно влияет на процесс транскрипции (рис. 47).

Дефицит энергии (АТР) также тормозит гидролиз ppGpp, так как активность пирофосфатгидролазы АТР-зависима (точнее, она зависит от ТЭП). Таким образом, при аминокислотном голодании не только стимулируется синтез ppGpp, но и тормозится его гидролиз.

Кроме этого механизма, по-видимому, существует еще один путь синтеза ppGpp, так как при дефиците источников энергии он накапливается даже в клетках мутанта Escherichia coli (Ret). У некоторых бацилл и стрептомицетов установлен фактор (обозначенный RetX), независимый от рибосом, катализирующий синтез ppGpp при снижении уровня АТР в клетке. Накопление ppGpp в клетках приводит к резкому торможению образования стабильных форм РНК (тРНК и рРНК (см. рис. 46 (3)) и, соответствен-

АТР

Шрофосфатгквролаэа (jpoT)

ppGpp

Рис, 47. Схема образования и распада гуанозинтетрафосфата (ppGpp)

Образование ppGpp инициируется при аминокислотном голодании и катализируется пиро-фосфаттрансферазой (продуктом гена ге/А) (реакция 1). Когда при дефиците аминокислот в акцепторный участок рибосомы попадает «незаряженная» РНК с кодоном, комплементарным кодону матрицы, иРНК, указанный фермент, находившийся в латентном, связанном с рибосомой состоянии, активируется и катализирует синтез гуанозинпентафосфата (ppGppp). который подвергается быстрому гидролизу с участием 5-нуклеотидазы (продукта гена дрр) (реакция 2). В результате накапливается истинный эффектор — гуанозинтетрафосфат (ppGpp). Уровень ppGpp в клетке строго контролируется не только скоростью образования, аллостерически регулируемой самим ppGpp, но и скоростью респеда под действием 3-пирофосфатгидролазы (продукта гена spoJ) (реакция 3). Этот фермент, по-видимому, тоже связан с рибосомами, причем его активность подавляется «незаряженной» тРНК

123

но, к торможению формирования аппарата трансляции, избыточное количество которого в условиях голодания становится излишним и даже вредным. Это и есть так называемый строгий контроль. Одновременно подавляется транскрипция локусов рибосомных белков и факторов элонгации трансляции. Однако ppGpp оказывает и положительное действие на транскрипцию: он стимулирует транскрипцию некоторых аминокислотных регулонов (триптофанового, гистидинового), а также регулонов азотного метаболизма.

Кроме влияния на транскрипцию ppGpp регулирует активность ряда ключевых ферментов метаболизма, участвуюших в образовании нуклеотидов, фосфолипидов, пептидогликана, в транспорте азотистых оснований и т.д. Наконец, ppGpp активирует некоторые протеолитические системы клетки, ускоряя внутриклеточный протеолиз.

Все изложенное делает понятной необходимость тонкой регуляции уровня ppGpp в клетке.

Необходимо отметить, что гуанозин полифосфаты аналогичного или иного строения обнаружены в клетках многих про- и эукариот, где они выполняют различные регуляторные функции (по-видимому, наряду с аденозинполифосфатами).

Таким образом, сопряженный процесс транскрипции-трансляции оказывается во многих случаях решающим этапом приспособления клетки к условиям голодания, например при переносе на бедную среду (так называемый shift-down).

При обратной ситуации — переносе клеток на богатую среду (shift-up) именно процессы сопряженной транскрипции-трансляции (особенно на этапе биосинтеза и сборки аппарата трансляции) являются наиболее узким местом метаболизма, лимитирующим общую скорость роста популяции.

После обогащения среды происходит «вспышка» синтеза белка (за счет мобилизации внутренних ресурсов, в частности пула рибосомных субчастиц), тРНК переходит в «заряженное» состояние, в результате резко снижается образование ppGpp и запускается быстрый синтез стабильных форм РНК (тРНК и рРНК), чему способствует множественная репрессия ранее функционировавших оперонов (в связи с наличием в богатой среде готовых конечных продуктов; аминокислот, азотистых оснований и др.), В итоге синтез белка и скорость роста увеличиваются, пока позволяет сопряженное функционирование процессов транскрипции-трансляции.

Из всего изложенного следует практический вывод, касающийся селекции и конструирования штаммов-продуцентов, спо-

124

собных к «сверхсинтезу» ценных продуктов. Например, для стимуляции синтеза аминокислот образование ppGpp оказывается полезным, поэтому более перспективными продуцентами могут оказаться штаммы Ret. Напротив, конструирование штаммов, образующих белковые продукты (особенно «чужеродные» белки, например инсулин или интерферон у бактерий), предполагает необходимость подавления внутриклеточного протеолиза, что требует использования штаммов Ret или других условий, подавляющих образование ppGpp.

X-

Литература

Основная

1. Бендер М., Бергерон 3,, Комияма М, Б неорганическая химия ферментативного катализа. М.: Мир, 1987.

2. ДиксонМ., УэббЭ. Ферменты. М.: Мир, 1982. Т. 1-3.

3. Кнорре Д.Г., Мызина С.Д. Биологическая химия. М.: Высшая школа, 1998.

4. Корниш-Боуден Э. Основы ферментативной кинетики. М.: Мнр, 1979.

5. МецлерД. Биохимия. М.: Мнр, 1980. Т. 1-3.

6. Молекулярная биология. Структура и биосинтез нуклеиновых кислот/Под ред. АС. Спирнна. М.: Высшая школа, 1990.

7. Овчинников Ю.Л. Биоорганическая химия. М.: Просвещение, 1987.

8. Спирин Л.С. Молекулярная биология. Структура рибосомы и биосинтез белка. М.: Высшая школа, 1986.

9. Степанов В.М. Молекулярная биология. Структура н функции белков. М.: Высшая школа, 1996.

Дополнительная

1. Албертс Б., Брей Д., Льют Ж. и др. Молекулярная биология клетки. М.: Мир, 1994. Т. 1-3.

2. Бохински Р. Современные воззрения в биохимии. М.: Мнр, 1987.

3. Гекселер К., Экштайн Э. Аналитические н препаративные лабораторные методы. М.: Химия, 1994!

4. Громов Б.В. Строение бактерий. Л.: ЛГУ, 1985.

5. Гусев М.В., Мшеева Л.Л. Микробиология. М.: МГУ, 1992.

6. Дебабов В.Г., Лившиц В.А. Современные методы создания промышленных штаммов микроорганизмов, М.: Высшая школа, 1988.

7. Единое Н.П. Химическая микробиология. М.: Высшая школа, 1989.

8. ЛеншджерА. Основы биохимии. М.: Мир, 1985. Т. 1—3.

9. Плакунов В.К. Основные принципы регуляции метаболизма и скорости роста микроорганизмов//Промышленная микробиология / Под ред. Н.С.Егорова. М.: Высшая школа, 1989. С. 29-76.

126

10. Практическая химия белка/ Под ред. А. Дарбре. М.: Мир, 1989. П. СтрайерЛ. Биохимия. М.: Мир, 1984. Т. 1—3.

12. Уайт А. Хендлер Ф., Смит Э. и др. Основы биохимии. М.: Мир, 1981. Т. 1-3.

13. Хесин Р.Б. Непостоянство генома. М.: Наука, 1985.

14. Biochemistry of bacterial growth/J.Mandelstam, K.McQuillen and I.Daves, eds. London etc.: Blackwell Sci. Publ., 1982.

15. Methods

страница 32
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33

Скачать книгу "Основы энзимологии" (0.9Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [обратная связь]

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(27.05.2019)