Гены контроль биосинтеза ферментов

Микроорганизмы обычно синтезируют каждую из аминокислот в определенных количествах, обеспечивая тем самым синтез специфических белков. Это объясняется тем, что контроль за скоростью биосинтеза каждой аминокислоты осуществляется по принципу обратной связи как на уровне генов, ответственных за синтез соответствующих ферментов (репрессия), так и на уровне самих ферментов, способных под действием избытка образующихся аминокислот изменять свою активность (ретроингибирование). Такой контроль исключает перепроизводство аминокислот, и выделение их из клетки возможно лишь у микроорганизмов с нарушенной системой регуляции. Такие культуры иногда выделяют из природных источников. Так, известны штаммы дикого типа, накапливающие в среде глутаминовую кислоту, пролин или валин. Однако основной путь селекции продуцентов аминокислот — получение ауксотрофных и регуляторных мутантов. Ауксотрофные мутанты отбирают на селективных средах после воздействия на суспензии бактериальных культур физическими (например, ультрафиолетовое или рентгеновское излучение) и химическими (этиленимин, диэтилсульфат, нитрозоэтил-мочевина и т. д.) факторами. У таких мутантов появляется дефектный ген, детерминирующий фермент, без которого не может осуществляться биосинтез определенной аминокислоты. Получение ауксотрофных мутантов — продуцентов аминокислот — возможно только для микроорганизмов, имеющих разветвленный путь биосинтеза, по крайней мере, двух аминокислот, образующихся из одного предшественника. Их биосинтез контролируется на уровне первого фермента общего участка согласованным ингибированием конечными продуктами (ретроингибирование). У таких ауксотрофных мутантов избыток одной аминокислоты при дефиците другой не приводит к подавлению активности первого фермента. Аминокислота, биосинтез которой блокирован в результате мутагенного воздействия, должна добавляться в ограниченном количестве. [c.20]

Все рассмотренные выше методы селекции продуцентов биологически активных веществ сегодня, в период интенсивного развития методов генной инженерии, называют традиционными методами. Эти методы в прошедшие 30 лет в огромной мере содействовали созданию микробиологической промышленности антибиотиков, аминокислот, ферментов, витаминов и других практически важных веществ. Исчерпали ли традиционные методы свои возможности Нам кажется, думать так преждевременно, как и надеяться на то, что генная инженерия в ближайшее время сможет быть применена для создания и улучшения обширного круга принадлежащих к разным таксономическим группам продуцентов, которыми располагает сейчас микробиологическая промышленность. Даже более реальная возможность использовать иа основе генноинженерных методов в качестве продуцентов микроорганизмы, для которых эти методы наиболее отработаны, например E sheri hia oli, едва ли удовлетворит промышленность числом продуктов микробного синтеза. В связи с этим очень важно для старых перспективных в промышленном отношении микроорганизмов, помимо совершенствования методов отбора нужного типа мутантов, развивать методы генетического обмена на основе слияния протопластов, трансдукции, трансформации хромосомной и плазмидной ДНК, которые расширяют возможности традиционных методов селекции. Вместе с тем у промышленных микроорганизмов все шире проводится поиск плазмид и предпринимаются попытки их использования в качестве векторов при переносе генетического материала, его клонировании и амплификации. Эти исследования важны для понимания генетического контроля сложных процессов синтеза, таких, иапример, как синтез антибиотиков, для выявления узких мест в биосинтезе многих других продуктов. Одновременно они приближают промышленные микроорганизмы к объектам генной инженерии. Методология генной инженерии постоянно совершенствуется и расширяет свои возможности. В таком успешном встречном развитии разных методов и их слиянии на все большем числе продуцентов можно представить себе ближайшее будущее селекции микроорганизмов, призванной обеспечить промышленность высокопродуктивными штаммами. [c.95]

Однако в характере метаболизма, химическом составе и строении различных тканей и различных организмов имеются и бесспорные различия. Что касается метаболизма, то особенности его в соответствующих органах или тканях, несомненно, определяются набором ферментов. Различия в химическом составе органов и тканей тоже зависят от их ферментного состава, в первую очередь от тех ферментов, которые участвуют в процессах биосинтеза. Не исключено, что и более очевидные различия, касающиеся строения и формы тех или иных органов и тканей, также имеют энзимологическую природу. Известно, что строение и форма находятся под контролем генов контроль осуществляется путем образования специфических белков, из которых главными для организации тканей являются ферменты и транспортные системы. Продуктами генов могут быть также белки, не обладающие каталитическими свойствами, но играющие важную роль в встраивании ферментных белков в соответствующие структурные ансамбли, например мембраны однако такие молекулы можно рассматривать как компоненты катализаторов, поскольку они находятся в теснейшей взаимосвязи с ними. [c.96]

Регуляция синтеза ферментов. В живых клетках на уровне генетического аппарата запрограммировано относительное постоянство количества белков, в том числе так называемых конституционных ферментов. Однако при изменении питания, длительном голодании, спортивных тренировках количество отдельных белков изменяется. Существует адаптивный контроль биосинтеза белка на уровне отдельных генов, вызывающий индукцию (усиление) или репрессию (уменьшение) скорости синтеза РНК. Индукторами или репрессорами могут быть субстраты ферментов либо продукты данной реакции. Индукция синтеза определенного фермента приводит к его накоплению при увеличении концентрации его субстрата либо при необходимости усиления скорости его обмена. Репрессия происходит в случаях, когда отсутствует субстрат и фермент уже не нужен или когда клетка экономит свои энергетические ресурсы. [c.271]

Регуляция ферментативной активности путем фосфорилирования и дефосфорилирования в известной мере аналогична регуляции по принципу обратной связи. Оба типа регуляции обеспечивают быстрое изменение потока метаболитов в ответ на тот или иной физиологический сигнал и в том и в другом случае экспрессия генов не затрагивается. При обоих типах регуляции действие направлено на ферменты начальных этапов многостадийной цепи метаболических реакций, чаще всего принадлежащих одному пути биосинтеза, причем не на каталитические, а на аллостерические центры. Однако ингибирование по принципу обратной связи направлено избирательно на один фермент и не зависит от гормональной или нервной регуляции. Напротив, регуляция ферментов млекопитающих путем фосфорилирования— дефосфорилирования распространяется на несколько белков, осуществляется при участии АТР или других нуклеозидтрифосфатов и находится под прямым нервным и гормональным контролем. [c.110]

Одна из интереснейших и фундаментальных проблем, связанных с синтезом белка в живой клетке, заключается в выяснении того, что заставляет аминокислоты, входящие в состав белка, соединяться между собой в последовательности, строго определенной для белка каждого типа. С этим тесно связан вопрос о том, каким образом информация о последовательности аминокислот воспроизводится в каждом новом поколении клеток. В настоящее время известно, что существуют вещества, содержащиеся в хромосомах клеточных ядер, ответственные за генетический контроль в растениях и н ивотных. Химический анализ хромосом показал, что они состоят из гигантских молекул дезоксирибонуклеопротеидов, которые представляют собой дезоксирибонуклеиновые кислоты (ДНК), связанные с белком. Установлено, что генетическую информацию при биосинтезе ферментов и других белков несет не белковая компонента нуклеопротеида, а ДНК поэтому в настоящем разделе основное внимание будет уделено ДНК и прежде всего ее структуре. Заметим, что участки ДНК представляют собой химический эквивалент генов Менделя — единиц наследственности. [c.86]

Ген агоН кодирует один из трех ферментов, катализирующих начальную реакцию в общем пути биосинтеза ароматических аминокислот. Его выражение репрессируется триптофаном через активацию (гр-репрессора. (Другие ферменты, кодируемые генами агоР и агоС, репрессируются другими регуляторными белками.) Значение таких типов контроля состоит в распространении регуляторной сети не только на пути, связанные с завершением синтеза различных ароматических аминокислот, но и на предшествующие стадии, в процессе которых синтезируются продукты начальных этапов данного пути. [c.196]

Высокая степень иммунологической специфичности молекул групповых веществ обусловлена генетическим контролем их биосинтеза. Все имеющиеся данные свидетельствуют о том, что специфичность групповых веществ определяется последовательностью сахаров на нередуцирующих концах углеводных цепей. Таким образом, групповые вещества крови — великолепный объект не только для изучения взаимосвязи между структурой углевода и иммунологической специфичностью, но и для выяснения путей, по которым идет образование этих структур под влиянием генов. Иммунологические свойства групповых веществ и их зависимость от структуры изучаются с помощью специальных методов, таких, как торможение реакции гемагглютинации и преципитации простыми сахарами и торможение активности ферментов, участвующих в деградации групповых веществ. Эти методы позволили получить данные относительно природы сахаров, играющих главную роль в специфичности, за несколько лет до их прямого выделения, а также помогли найти подходы к задаче получения фрагментов с различной серологической специфичностью. С помощью непрямых методов было убедительно показано, что a-N-ацетил-в-галактозаминоильный и сс-в-галактозильный остатки определяют соответственно А- и В-специфичности, а а-ь-фукозиль-ные остатки — Н- и Ье -специфичности. Эти данные были подтверждены при установлении строения активных фрагментов, выделенных из продуктов частичного кислотного гидролиза групповых веществ. Выяснение строения многих активных и неактивных фрагментов позволило предположить строение участков углеводных цепей, ответственных за серологическую специфичность А-, В-, Н- и Ье -веществ. [c.212]

Плейотропия. Влияние одного гена на развитие двух и большего числа признаков называется множественным, или плей-ютропным, действием, а само это явление получило название плей- отропии (от греч. pleistos — множественный, наибольший). Биохимическая природа плейотропного действия генов выяснена довольно хорошо. Один белок-фермент, образующийся под контролем одного гена, определяет развитие ие только данного признака, но воздействует и на вторичные реакции биосинтеза различных других признаков и свойств, вызывая их изменение. [c.77]

Трансляционная регуляция общего фактора транскрипции. Многие гены S. erevisiae, кодирующие ферменты, которые участвуют в биосинтезе нескольких аминокислот, находятся под единым контролем. Так, при росте дрожжевых клеток в среде, лишенной любой из десяти аминокислот, наблю- [c.153]

Кроме того, некоторые опероны биосинтеза аминокислот, в том числе /у -оперон, находятся под контролем аттенюаторов. Если конечный продукт биосинтеза - аминокислота - имеется в изобилии,транскрипция в аттенюаторном участке прекращается. Для аттенюации необходима трансляция лидерной мРНК. Регуляция широкого спектра генов осуществляется циклическим АМР, который связывается с особым белком (БАК). Этот комплекс взаимодействует с промоторными участками нескольких ин-дуцибельных оперонов и стимулирует инициирование транскрипции. Концентрация циклического АМР повышается только при недостатке глюкозы. Таким образом, глюкоза косвенно подавляет синтез различных ферментов катаболизма. [c.125]