Репрессия ферментов у бактерий

Основные научные работы посвящены изучению ростовых факторов микробов, физиологии вирусов, индукции и репрессии ферментов. Начал исследовать ростовые факторы в 1932, находясь в командировке в Гейдельбергском ун-те. Доказал (1936), что фактор V — кофермент, и установил его физиологическую роль для бактерий. Совместно с А. Гутман доказал [c.314]

Репрессия ферментов у бактерий [c.53]

Несмотря, однако, на эту сложность, существование некоторых регуляторных механизмов было четко доказано. Выше уже были рассмотрены два типа регуляции, в основе которых лежит принцип обратной связи. Один из них используется при синтезе ферментов и состоит в репрессии этого синтеза избытком фермента (гл. 6, разд. Е,2), а другой обеспечивает быстрый контроль активности фермента путем его ингибирования (гл. 6, разд. Е, 4). Когда имеет место постоянная скорость роста клеток, регуляция по типу обратной связи может оказаться достаточной для того, чтобы обеспечить гармоничное и пропорциональное увеличение концентрации всех составных частей. Такая ситуация наблюдается, например, на логарифмической стадии роста бактерий (гл. 6, разд. В) или в случае быстро растущих эмбрионов животных, когда все необходимые для них питательные вещества поступают из относительно неизменной материнской крови. [c.503]

Катаболитная репрессия. В то время как репрессия конечным продуктом действует на путях биосинтеза, при помощи катаболитной репрессии регулируются катаболические реакции. Если в питательной среде содержатся два разных субстрата, то, как правило, бактерии предпочитают тот, который обеспечивает более быстрый рост. Этот субстрат вызывает репрессию синтеза тех ферментов, которые нужны для ис- [c.478]

Активность репрессора управляется специфическими метаболитами, получившими название эффекторов. При образовании индуцируемых ферментов индуктор действует как эффектор и инактивирует репрессор это приводит к тому, что репрессия гена-оператора снимается. В резу.льтате цистроны в опероне могут начать синтез соответствующей wi-PHK, а это в свою очередь приводит к синтезу закодированных в этих цитронах полипептидов, синтез которых в отсутствие индуктора был репрессирован. Было экспериментально показано, что в присутствии специфически индуцирующих эффекторов у делящихся бактерий резко возрастает количество образующегося щ-РНК, способной образовывать гибриды с той фракцией ДНК, которая содержит соответствующий оперон [109[. Таким образом, действие репрессора, по-видимому, связано скорее с ингибированием образования. т-РНК, чем с подавлением ее деятельности. Однако не исключена и последняя возможность высказывалось предположение, что активность репрессоров может быть направлена против определенных форм S-PHK, необходимых для трансляции одного или нескольких цистронов данного оперона [105]. [c.285]

Кроме генов, на которые присутствие определенных пизкомолекулярных соединений оказывает дерепрессирующий эффект, известны также гены, у которых определенные продукты обмена вызывают репрессию. Такие гены давно известны у бактерий. К ним относятся, в частности, гены, ответственные за синтез незаменимых метаболитов. Активность подобных генов в синтезе соответствующих информационных РНК контролируется присутствием или отсутствием конечного продукта. Аналогичные гены, репрессируемые метаболитами, обнаружены и у высших растений. Так, например, в клетках растения табака, выращенных на искусственной среде с нитратом в качестве источника азота, образуется фермент нитратредуктаза, который восстанавливает нитрат до аммиака. Те же самые клетки на среде с нитратом и аминокислотами не образуют нитратредуктазу. [c.527]

Предполагается также, что активность этого фермента зависит от трансмембранного электрохимического потенциала ионов водорода (АЦн ). Именно поэтому в анаэробных условиях или в присутствии разобщителей окислительного фосфорилирования, когда этот потенциал снижается, бактерии теряют чувствительность к катаболитной репрессии (Г. Бурд и др., 1983). [c.37]

Приведенные выще примеры иллюстрируют репрессию конечным продуктом по принципу обратной связи, характерную для процессов биосинтеза в бактериях. Сходное явление—катаболитная репрессия— состоит в том, что одно из промежуточных соединений в цепочке катаболических ферментативных реакций репрессирует синтез катаболических ферментов. Оно было впервые обнаружено при изучении культуры Е. соИ, растущей на среде, которая содержит в качестве источника углерода не глюкозу, а другое соединение (X). Добавление глюкозы репрессировало синтез ферментов, участвующих в катаболизме X. Это явление вначале называли эффект глюкозы , но потом обнаружилось, что сходные эффекты могут вызывать и другие окисляемые питательные вещества поэтому был предложен термин катаболитная репрессия . Катаболитная репрессия осуществляется при участии сАМР. Молекулярные механизмы индукции, репрессии и дерепрессии осуждаются в гл. 41. [c.101]

Свойства репрессоров. Репрессор — это аллостериче-ский белок. Репрессоры могут быть неактивными и могут активироваться путем взаимодействия с соответствующим корепрессором, принимая конформацию, позволяющую осуществляться реакции с оператором,— репрессия фермента. Репрессоры могут образовываться и в активной форме. Тогда действие соответствующего индуктора заключается в таком изменении молекул репрессора, при котором разрушается их связь с оператором,— индукция фермента. Г ены ферментов, синтез которых не зависит от регуляции (конститутивные ферменты), вообще не имеют репрессора, или же он биологически неактивен. Выделенные до настоящего времени репрессоры (из бактерий) представляют собой кислые белки с молекулярной массой в пределах 30 ООО... 150 ООО. В клетке одновременно присутствуют приблизительно 5—10 молекул репрессора. Репрессоры связываются только с двухцепочечной спиралью ДНК, но не с одноцепочечной, денатурированной ДНК. До сйх пор до конца не выяснен механизм распознавания репрессором соответствующего оператора. [c.388]

Репрессия ферментов может возникнуть в случае, если синтезируемое ими вещество дается клетке уже в готовом виде. Так, например, бактерии кишечной палочки синтезируют фермент фосфатазу, гидролизующий органические соединения, освобождая от них неорганический фосфор, необходиглый клеткам. Но если поместить эти бактерии в среду с достаточным количеством неорганического фосфора, то синтез фосфатазы в них полностью подавляется (репрессируется). Если в среде отсутствует аминокислота триптофан, то через несколько минут начинается синтез ферментов, участвующих в образовании триптофана. Эти факты свидетельствуют о существовании своеобразной регуляции синтеза различных белков в клетке. [c.292]

Спустя много лет после того, как была открыта положительная ферментативная адаптация, т. е. индукция синтеза фермента в присутствии субстрата (или структурного аналога субстрата), выяснилось, что существует также отрицательная ферментативная адаптация, или репрессия ферментов. В этом случае синтез фермента, вместо того чтобы индуцироваться субстратом, угнетается в присутствии продукта реакции, которую он катализирует. Существование репрессии ферментов было впервые установлено в лаборатории Моно в 1953 г., когда было показано, что синтез трипто-фан-синтазы Е. oli — фермента, определяемого генами irpA и irpB, — подавляется в присутствии триптофана. Биологический смысл этого явления так же очевиден, как в случае индукции р-галактозидазы лактозой для клетки было бы чрезвычайно неэкономно синтезировать ферменты, обеспечивающие последний этап биосинтеза триптофана, в то время когда эта аминокислота в достаточном количестве имеется в окружающей среде. В течение последующих нескольких лет было обнаружено много других случаев репрессии ферментов — в основном ферментов, осуществляющих у бактерий синтез аминокислот и гидролиз фосфорилированных органических соединений. [c.486]

Осн. работы посвящены изучению ростовых факторов микробов, физиологии вирусов, ин/1 кции и репрессии ферментов. Начал исследовать ростовые факторы в 1932, находясь в командировке в Гейдельбергском ун-те. Доказал (1936), что фактор V — кофермент, и установил его физиол. роль для бактерий. Совм. с А. Гутман доказал (1950), что лизогенное состояние бактерий связано с присутствием в их клетках потенциально инфекциопиой структуры — профага открыл способность УФ-излучения индуцировать переход профага в инфекционное состояние. Работы Львова легли в основу выдвинутой Ф. Жакобом и Ж. Л. Mono гипотезы о механизме генетической регуляции синтеза белка у бактерий (концепция оперона). [c.277]

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. [c.414]

В 1953 г. впервые было обнаружено, что образование трипто-фансинтетазы, которая катализирует последний этап биосинтеза триптофана, специфически подавляется, если бактерии получают экзогенный триптофан. В последующие годы были получены многочисленные данные, свидетельствующие о том, что добавление в ростовую среду соединения, которое является конечным продуктом какого-либо биосинтетического пути, наряду с подавлением активности первого фермента этого пути вызывает замедление или остановку синтеза всех ферментов соответствующего пути. Это явление, прямо противоположное индукции, называется репрессией ферментов или, точнее, координированной репрессией ферментов. Ферменты, синтез которых подавляется конечным продуктом, могут быть дерепрессированы. т. е. скорость их синтеза может быть увеличена, если внутриклеточная концентрация конечного продукта падает до очень низкого уровня. [c.15]

Относится ли репрессия ферментов к общим для микроорганизмов явлениям Да, ферментативные реакции, приводящие к образованию почти всех аминокислот, пуринов, ниримидинов, рибонук-леотидов, дезоксирибонуклеотидов, некоторых витаминов и многих других соединений, по-видимому, могут быть репрессированы. Это относится главным образом к бактериям, но также и к другим микроорганизмам, а до некоторой степени даже к клеткам высших животных и растений. [c.55]

Сейчас мы немало знаем о закономерностях выражения генов у бактерий в процессе индукции и репрессии ферментов, при заражении их фагами и т. д. Но мы очепь мало знаем и еще меньше понимаем, как осуществляется выражение гепов у эукариот. Однако уже сейчас есть основания предполагать, что оно происходит иначе, чем у бактерий. В этой главе собраны экспериментальные данные, которые представляются мне интереспыми, поскольку они открывают подходы к решению этой проблемы. [c.262]

Явление индукции и репрессии ферментов привело Жакоба и Моно к созданию общей теории регуляции активности геиов у бактерий, которую мы сейчас кратко рассмотрим. Геи, определяющий структуру какого-либо специфического ферментного белка, называют структурным геном. Синтез мРНК начинается только в определенном локусе на цепи ДНК, получившем название оператора (рис. 13.6). В некоторых случаях одии оператор может регулировать транскрипцию нескольких соседних структурных генов. Участок. ДНК, находящийся под контролем одного оператора, называют опероном. Ои может содержать одии или несколько структурных генов. [c.460]

Установлено, что один из механизмов катаболитной репрессии у бактерий - феномен "глюкозного эффекта", т.е, ингибирующего действия определенных концентраций глюкозы в среде на биосинтез ферментов, опосредствованно связан с образованием в клетке ц/ШФ. Показано, что регуляция образования ферментов циклическим нуклеотидом проявляется через белок-активатор катаболитных генов. Это стимулирует инициацию транскрипции, повышает функциональную активность рибосом и мРНК, последующий биосинт з ферментов. Отмечена различная степень подавления синтеза некоторых ферментов глюкозой или другими, легко метаболизируемыми соединеншзми и ее снятия цАМФ. [c.95]

Биосинтез белков является объектом генетического контроля. В бактериях, во всяком случае, он проявляется на уровне синтеза информационной РНК посредством взаимодействия особого ( регуляторного ) белка со специфическим участком ДНК (см. часть 22 и разд. 24.2.3). В тканях животных на механизмы, контролирующие уровень ферментов, влияют также ингибиторы синтеза РНК [149]. Детали этих механизмов контроля не важны в контексте данного раздела. Важным моментом является факт, что существуют механизмы регуляции концентрации ферментов на определенном метаболитическом пути посредством конечного продукта этого пути. Так, в бактериальных системах хорошо изучены индуцируемые ферменты. Пока субстраты этих ферментов присутствуют в среде, биосинтеза ферментов не происходит. Часто синтез нескольких ферментов какого-либо одного метаболи-тического пути индуцируется присутствием субстрата первого фермента этого пути. Индукция субстратом, таким образом, представляет собой механизм повышения концентрации системы ферментов по мере появления рабочей необходимости . Соответствующий механизм, понижающий избыточную концентрацию фермента, если последний или система ферментов производит слишком большие количества определенного метаболита, получил название репрессии по принципу обратной связи. Классическим примером этого механизма является ингибирование биосинтеза гистидина в Salmonella typhimurium высокими концентрациями гистидина. Концентрации всех десяти ферментов биосинтетической цепи в ответ на изменение концентрации гистидина изменяются совершенно одинаково [150]. [c.535]

В регуляции катаболизма репрессорами могут быть исходные или промежуточные продукты. При помощи этого механизма регуляции бактерии Е. соИ из двух источников углерода — глюкозы и сорбозы вначале используют легко катаболизируе-мую глюкозу. Этот углевод в данном случае является репрессором ферментов катаболизма сорбозы. После использования глюкозы репрессия заканчивается и новый субстрат — сорбоза индуцирует синтез новых ферментов. Явление, когда культура микроорганизмов использует несколько различных субстратов среды не одновременно, а постепенно один за другим, называют диауксией. [c.48]

Общую теорию регуляции синтеза белка разработали французские ученые, лауреаты Нобелевской премии Ф. Жакоб и Ж. Моно. Сущность этой теории сводится к выключению или включению генов как функционирующих единиц, к возможности или невозможности проявления их способности передавать закодированную в структурных генах ДНК генетическую информацию на синтез специфических белков. Эта теория, доказанная в опытах на бактериях, получила широкое признание, хотя в эукариотических клетках механизмы регуляции синтеза белка, вероятнее всего, являются более сложными (см. далее). У бактерий доказана индукция ферментов (синтез ферментов de novo) при добавлении в питательную среду субстратов этих ферментов. Добавление конечных продуктов реакции, образование которых катализируется этими же ферментами, напротив, вызывает уменьшение количества синтезируемых ферментов. Это последнее явление получило название репрессии синтеза ферментов. Оба явления—индукция и репрессия—взаимосвязаны. [c.535]

Образование ферментов, участвующих в процессах анаболизма, например в биосинтезе пиримидинов, пуринов и 20 аминокислот, регулируется путем репрессии. В большинстве случаев сигнал к остановке биосинтеза белков исходит от конечных продуктов этого процесса (репрессия конечным продуктом). Если в среде имеются одновременно два субстрата, то бактерия обычно предпочитает тот субстрат, который обеспечивает более быстрый рост. Синтез ферментов, расще-пляюпщх второй субстрат, репрессируется в этом случае говорят о катаболитной репрессии. [c.474]

Действительное количество фермента, присутствующего в любой данный момент времени, определяется относительными скоростями его синтеза и распада, а также концентрациями различного рода ингибиторов и активаторов. Как правило, распад ферментов протекает медленно и не известно ни одного специального примера, когда содержание фермента регулировалось бы его распадом. В то же время показано, что существует высокоспецифичная регуляция синтеза ферментов, осуществляемая за счет гормональных механизмов, механизма репрессии и дерепрессии (индукции), а также других пока еще недостаточно изученных процессов. Такая регуляция синтеза ферментов мол ет быть абсолютно по спе ,ифичности, но осуществляется она медленно. У бактерий для значительных изменений содержан 1я фермента таким путем необходимы минуты, а у высших растений— часы. [c.16]

Несколько позже, чем явление индукции, было открыто подавление, или репрессия, синтеза ферментов при добавлении к культурам бактерий определенных метаболитов. Если к среде добавить валин в сравнительно высокой концентрации, то прекращается образование ферментов, участвующих в биосин- [c.237]

Важно отметить, что дифференцировка бактерий связана с репрессией многих генов, необходимых для автономного роста. По данным ряда авторов, эта репрессия столь глубока, что бактероиды уже не могут превращаться в свободноживущие клетки и гибнут после отмирания клубеньков. В бактероидах активируется синтез нитрогеназы, катализирующей восстановление N2 в NH%, а также других ферментов, обслуживающих нитрогеназную реакцию, после чего начинается фиксация атмосферного азота (стадия Nif, от англ. Nitrogen fixation). Таким образом, бактероиды могут рассматриваться как временные органеллы растительных клеток, ответственные за снабжение хозяина связанным азотом. [c.172]

Ферменты, синтезируемые клетками, можно разделить на две группы конститутивные и индуктивные. Конститутивные ферменты образуются постоянно независимо от состава питательной среды. Индуктивные ферменты начинают синтезироваться организмом в больших количествах лишь в присутствии добавленных соединений (субстратов). Например, бактерии кишечной палочки Es heri hia соИ в нормальной среде содержат фермент р-галак-тозидазу, расщепляющий лактозу в виде следов. При переводе же бактерий в среду, содержащую лактозу в качестве единственного источника углерода, синтез этого фермента увеличивается в 10 ООО раз по сравнению с исходным состоянием. Это явление и называется индукцией, а субстрат лактозу называют индуктором. После удаления лактозы синтез р-галактозидазы быстро прекращается. Увеличение ферментов под влиянием индукции их субстратов обнаружен и у животных. Образование ряда ферментов может тормозиться, или, как говорят, подвергнуться репрессии. Репрессия проявляется в результате накопления продуктов деятельности ферментов внутри клетки, когда потребность в них ограничена. [c.292]

В каждый данный момент копируется, вероятно, только часть генов, другие находятся в более или менее покоящемся -состоянии, так как копирование их блокировано. Поскольку продолжительность жизни мРНК в клетках довольно мала (у бактерий она часто составляет минуты, хотя у животных, возможно, день или больше), концентрация мРНК в отсутствие ее синтеза вскоре существенно понизится и скорость синтеза кодируемых ею ферментов упадет. Ингибирование синтеза ферментов по такому механизму известно как репрессия (этот процесс следует отличать от непосредственного ингибирования самого фермента). [c.64]

Биосинтез определенных аминокислот из более простых соединений в большинстве случаев осушествляется в ходе последовательных ферментативных реакций, и гены, кодирующие синтез соответствующих ферментов, у бактерий обычно сгруппированы в одном опероне. Например, гистидиновый оперон, в котором локализованы гены для ферментов, катализирующих последовательные стадии синтеза гистидина у Salmonella, содержит гены для десяти ферментов, каждый из которых катализирует одну из реакций, ведущих к образованию гистидина. Аналогично, аргининовый оперон Е. соИ содержит гены для восьми ферментов, которые в совокупности катализируют цепь реакций превращения глутамата в аргинин. Репрессия, вызванная аминокислотой, как и следует ожидать, предотвращает образование всех кодируемых данным опероном ферментов. [c.68]

Такая реакция на изменения в составе питательной среды наблюдается не только при необходимости использовать новые субстраты она используется также для выключения синтезов эндогенных соединений при их внезапном появлении в среде. Например, триптофан, одна из существенных аминокислот, синтезируется при участии фермента триптофан-синтазы. Однако если в среде, на которой выращиваются бактерии, присутствует триптофан, синтез фермента немедленно прекращается. Это явление получило название репрессия. Она позволяет бактериальной клетке избежать перевбда своих ресурсов на ненужную в данный момент синтетическую активность. [c.176]

Опероны относят к индуцибельным или репресси-бельным, согласно природе их ответа на малые молекулы, регулирующие их выражение. Подобно тому как бактерия получает преимущество благодаря способности индуцировать ряд ферментов только после добавления индуцирующего субстрата, который они метаболизи-руют, может оказаться полезной и ее способность репрессировать ферменты, способные синтезировать какое-то [c.189]

Глутаминсинтетаза занимает центральное место в метаболизме азота у Е. соН и других бактерий. Это проявляется в том, что и синтез, и каталитическая активность этого фермента контролируются множеством процессов. Его синтез регулируется с помощью репрессии/дерепрессии, а активность — рядом конечных продуктов через сложный путь различных эффекторов, а также с помощью ковалентной модификации. В этой модификации участвует сложная система активирующих и инактивирующих ферментов, а также различные эффекторы, как показано на рис. 18.5. [c.411]

Следовательно, синтез ферментов в клетке регулируется меха-иизмами индукции и репрессии. Логично было предположить, что индукция и репрессия синтеза белков, как и любые другие процессы клеточного метаболизма, находятся под контролем геиов. Это. подтверждалось данными изучения у бактерий некоторых биохимических мутаций. Были обнаружены мутации, нарушающие меха- низм индукции или репрессии. Например, может произойти мутация, в результате которой клетка начинает непрерывно синтезировать фермент независимо от присутствия или отсутствия индуктора. Были обнаружены мутантные штаммы кишечной палочки, которые синтезировали фермент галактозидазу как в присутствии, так и в отсутствие его индуктора — молочного сахара лактозы. Аналогично этому мутация может вывести синтез фермента из-под контроля репрессора. При этом клетка будет продолжать иро-J Iзвoдить фермент и тогда, когда в нем нет надобности и продукт деятельности этого фермента имеется в избытке. Особенность nail 58 [c.158]

Транзиентная репрессия проявляется в том, что при добавлении глюкозы к культуре бактерий, растущей на источнике углерода и энергии, который ассимилируется медленнее глюкозы, происходит резкое подавление синтеза соответствующего катабо-лического фермента. Это подавление длится короткое время (до одной клеточной генерации), затем синтез фермента возобновляется с низкой скоростью, характерной для роста в присутствии глюкозы. Важной особенностью транзиентной репрессии является то, что она может быть вызвана неметаболизируемыми аналогами глюкозы. [c.33]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология