Галактозидаза синтез, регуляция

Регуляция синтеза белка у прокариот. В 1961 г французские исследователи Ф. Жакоб и Ж. Моно впервые провели фундаментальные исследования индукции генов, кодирующих (З-галактозидазу и связанные с ней ферменты в клетках кищечной палочки Е. соИ. Эти исследования помогли им сформулировать гипотезу об опероне и регуляции синтеза белка в клетках прокариот. [c.471]

Регуляция биосинтеза белка, протекающего с исключительно высокой (до 100 пептидных связей в секунду ) скоростью и точностью, осуществляется на уровнях транскрипции и трансляции. Механизм экспрессии гена был выяснен Жакобом и Моно [201] на примере лактозной системы Е. oli. Являясь источником углерода для Е. oli, лактоза действует как индуктор для синтеза трех ферментов — пермеазы, /3-галактозидазы и трансацетилазы, делающих возможным использование необычных питательных веществ. Информация, необходимая для биосинтеза ферментов, содержится в трех структурных генах, которые вместе с ответственным за транскрипцию операторным геном образуют единый комплекс — оперон. Индуктор действует через ранее включенный регуляторный ген на операторный ген. В отсутствие лактозы репрессор (аллостерический белок) вступает во взаимодействие с регуляторным геном и таким образом блокированием всего опе-рона прекращает синтез ферментов. [c.397]

Главный механизм регуляции метаболизма-контроль количества некоторых ферментов. Этот механизм широко исследовался у бактерий. Регуляция скорости синтеза (3-галактозидазы и других белков, необходимых для использования лактозы, представляет собой классический пример, который детально рассматривается в гл. 28. Исследования, проведенные в последние годы, показали, что регуляции подвержена также скорость расщепления некоторых ферментов. Регуляция метаболизма достигается и путем контроля каталитической активности определенных ферментов. Общий и важный механизм регуляции - обратимый аллостерический контроль. Например, во многих биосинтетических процессах имеет место аллостерическое ингибирование первой реакции конечным продуктом процесса это взаимодействие называют ингибированием по принципу обратной связи, или ретроингибированием. Активность некоторых ферментов модулируется также путем ковалентных модификаций, таких, как фосфорилирование специфического серинового остатка. [c.19]

Другой пример сильного взаимодействия белка с ДНК—регуляция оперона белком-репрессором. Наиболее изученным примером является 1ас-оперон Е. соИ [25]. Ген-регулятор кодирует синтез белка 1ас-репрессора, который затем связывается с соседним оператором. Связывание с белком-репрессором малой молекулы— индуктора, например изопропилтио-р- )-галактопиранозида, вызывает диссоциацию репрессора с операторного участка. Последующая транскрипция трех соседних генов оперона приводит к биосинтезу трех ферментов — Р-галактозидазы, галактозопермеазы и тиогалактозидтрансацетилазы. 1ас-Репрессор представляет собой тетрамерный белок, состоящий из идентичных субъединиц по 347 аминокислот каждая. Сродство репрессора к последовательности ДНК оператора зависит от ионной силы константа диссоциации в клетке, вероятно, менее 10 " моль/л . Структура участка связывания ДНК в 1ас-репрессоре до сих пор не выяснена, однако удаление трипсином 59 остатков с Л -конца и 20 остатков с С-конца предотвращает связывание. Несколько больше известно об участке связывания индуктора. Измерения флуоресценции показывают, что находящийся в участке связывания индуктора остаток триптофана при связывании перемещается в менее полярное окружение. Изучение изменения флуоресценции методом остановленного потока показывает, что процесс связывания проходит в две стадии. Быстрая начальная стадия подчиняется, как и ожидалось, кинетике второго порядка. Более медленная стадия мономолекулярна и, по- [c.569]

В случае лактозного оперона лактоза — субстрат для Р-галактозидазы — индуцирует синтез фермента за счет инактивации белка-репрессора и восстановления функционирования оперона. Иное явление наблюдается в процессе регуляции синтеза ферментов, осуществляющих образование аминокислоты триптофана в той же клетке Е. соН. [c.472]

Механизм генетической регуляции процесса индукции ферментов был расшифрован в экспериментах на кишечной палочке при изучении синтеза упоминавшегося фермента утилизации лактозы- -галактозидазы. [c.24]

Живые клетки имеют точно запрограммированные механизмы, регулирующие синтез различных белков таким образом, что в любой клетке присутствует определенное количество молекул каждого белка, позволяющее ей осуществлять свои метаболические процессы плавно и с максимальной эффективностью. Мы уже знаем, что ДНК Е. соИ содержит гены для более чем 3000 разных белков. Однако 3000 белков Е. соН присутствуют в клетке не в одинаковых количествах. Реально число копий отдельных белков может быть различным более того, число копий некоторых из них постоянно, тогда как число копий других может варьировать. Одна клетка Е. oli содержит около 15000 рибосом значит, каждый из 50 (или большего числа) рибосомных белков присутствует в клетке в 15 ООО копий. Число копий гликолитических ферментов также, по-видимому, поддерживается в клетке на постоянном и очень высоком уровне. Вместе с тем р-галактозидаза обычно присутствует в клетке Е. соИ в очень малых количествах-всего около пяти молекул. Однако, как мы увидим ниже, число молекул этого фермента может резко увеличиваться в ответ на изменения в доступности определенных питательных веществ в окружающей среде. Благодаря регуляции синтеза ферментов в клетках любого типа создается правильный набор ферментов, обеспечивающий нормальное протекание основных клеточных процессов. Регуляция позволяет также бактериям экономно использовать аминокислоты для синтеза тех белков, которые нужны им лишь [c.953]

Индукция синтеза ферментов. В большинстве случаев регуляция путем индукции характерна для катаболических путей, где в качестве индукторов выступают обычно субстраты этих путей. Классический пример индуцибельного фермента — 3-галактозидаза Е. oli. Оказалось, что если клетки Е. соИ выращивать в среде, содержащей глюкозу, то они не могут использовать лактозу. Если такие клетки поместить в среду, где лактоза— единственный источник углерода, после некоторого периода в них происходит ин- [c.120]

Белок-реперессор лактозного оперона отвечает за то, чтобы уровень синтеза -галактозидазы - фермента, необходимого для расщепления лактозы, соответствовал потребностям клетки. Лактозный репрессор в свою очередь находится под контролем небольшой углеводной молекулы аллолактозы, которая образуется в клетке в присутствии лактозы. Когда внутриклеточное содержание аллолактозы достигает достаточно высокого уровня, она, выполняя функцию аллостерического регулятора, индуцирует конформационные изменения в молекуле репрессора. Нри этом его связь с ДНК ослабляется настолько, что он отделяется от нее, освобождая промотор и давая возможность РНК-полимеразе транскрибировать прилежащие области ДНК. В этом случае говорят о дерепрессии гена. Такая система регуляции позволяет Е.соИ производить фермент, необходимый для расщепления лактозы, лишь тогда, когда это необходимо (рис. 10-11). [c.185]

Клетки дикого типа, растущие на среде с глюкозой, содержат лишь едва заметные следы -галактозидазы. Если же выращивать их на среде с лактозой или иным -галактозидом, то -галактозидазная активность увеличивается в 1000 раз этот фермент может составлять около 3% всего клеточного белка Он обычно образуется только в присутствии индуцирующего вещества-лактозы. Изучению механизма регуляции существенно помогло применение не используемого бактерией индуктора-2-пропил-р-тиогалактозида. Добавление этого вещества приводит к обманной индукции -галактозидазы фермент образуется, но не может гидролизовать соединение, индуцировавшее его синтез, и сделать его доступным для дальнейших превращений. [c.474]

Изучение генетического контроля утилизании лактозы в клетках Е. соИ привело исследователей к выводу о существовании белка-репрессора, который в отсутствие лактозы в среде выключает синтез Р-галактозидазы. Выделение, очистка этого белка и использование его в опытах in vitro позволили расшифровать механизм гакой регуляции. Оказалось, что репрессор ингибирует транскрипцию 1ас-оперона, связываясь с так называемым оператором - последовательностью ДПК длиной 21 нуклеотид, которая перекрывается с расположенным по соседству участком связывания РПК-полимеразы (промотором). До тех пор, пока репрессор [c.184]

Основные черты этих регуляторных явлений можно продемонстрировать в серии опытов, в которых следят за синтезом р-галактозидазы, как описано выше (с использованием клеток, обработанных толуолом), при регуляции экспрессии /ас-оперона. Обычно используют штаммы Е. соИ К-12, Е. соН ML30 или другие дикие штаммы. Клетки быстро растут в солевой среде, содержащей 0,25—0,50% безвитаминного гидролизата казеина (гидролизованного кислотой) в качестве единственного источника углерода и энергии (разд. 18.4.2), В этих условиях синтез р-галактозидазы при добавлении I мМ изопропил-р-О-тиогалактопиранозида в качестве дополнительного индуктора почти не репрессируется. [c.419]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология