71567

Регуляция метаболизма бактерий

Лекция

Биология и генетика

Эффекторами могут быть конечные продукты данного метаболического пути субстраты ферментов а также некоторые конечные продукты родственных метаболических путей. Если действие эффектора приводит к понижению каталитической активности фермента такой эффектор называется отрицательным или ингибитором.

Русский

2014-11-08

212.5 KB

11 чел.

Тема 23.  Регуляция метаболизма бактерий

1. Регуляция клеточного метаболизма

2. Свойства аллостерических белков

3. Регуляция активности ферментов

4. Регуляция синтеза ферментов у бактерий

5. Механизмы функционирования репрессибельных оперонов

2. Свойства аллостерических белков

 

 Рис. 1 -  Субъединица аллостерического фермента

  •  Эффекторами могут быть конечные продукты данного метаболического пути, субстраты ферментов, а также некоторые конечные продукты родственных метаболических путей. Они представляют собой низкомолекулярные соединения или это могут быть вещества, концентрация которых отражает состояние клеточного метаболизма, например, АТФ, АДФ, АМФ, ацетил-КоА, фосфоенолпируват и НАДН2.
  •  Если действие эффектора приводит к понижению каталитической активности фермента, такой эффектор называется отрицательным или ингибитором.
  •  Активатором или положительным называют эффектор, действие которого повышает каталитическую активность фермента. Активатором чаще всего бывает субстрат данного регуляторного фермента.

3. Регуляция активности ферментов

  •  Если конечный продукт накапливается в избытке, он подавляет активность первого фермента. Этот процесс называется ретроингибированием или ингибированием по принципу обратной связи. Примером такого типа регулирования является ингибирование биосинтеза изолейцина (см. схему 1 и 2). Превращение L-треонина в L-изолейцин включает пять ферментативных реакций:

  •  При накоплении в клетке L-изолейцина он связывается с аллостерическим центром фермента L-треониндезаминазы, подавляя его активность, и синтез L-изолейцина прекращается:

                    Рис. 2 - Молекула L-треониндезаминазы

  •  В разветвленных метаболических путях активность аллостерических ферментов регулируется сложнее, так как от активности первого фермента зависит биосинтез нескольких конечных продуктов. Ингибирование активности этого фермента может происходить двояко: в результате 1) мультивалентного либо 2) кумулятивного ингибирования (рис. 3).

- При мультивалентном ингибировании необходимо связывание с аллостерическими центрами всех конечных продуктов. Каждый конечный продукт (эффектор) по отдельности, связавшись со «своим» аллостерическим центром, не меняет активности фермента;

- При кумулятивном, или аддитивном (=суммарном), ингибировании присоединение к ферменту одного конечного продукта частично снижает его активность, с присоединением каждого последующего конечного продукта эффект ингибирования нарастает:

Рис. 3 – Схема мультивалентного либо кумулятивного ингибирования в разветвленных метаболических путях

  •  В некоторых разветвленных биосинтетических путях ингибирование первого фермента выполняется не конечными продуктами каждой из ветвей, а промежуточным продуктом, который образуется непосредственно перед разветвлением. Накопление его в свою очередь контролируется конечными продуктами. Такой вид ингибирования получил название последовательного (рис. 4):

Рис. 4 – Схема последовательного ретроингибирования

4. Регуляция синтеза ферментов у бактерий

  •  Оперон - это группа функционально связанных между собой генов. Промотор, оператор и структурные гены образуют оперон. Белки, кодируемые генами одного оперона, – это, как правило, ферменты, катализирующие разные этапы одного метаболического пути. Транскрипция генов оперона ведет к синтезу одной общей молекулы иРНК.

Рис. 5 - Схематичное изображение лактозного оперона бактерий E. сoli

  •  Различают опероны индуцибельные и репрессибельные.
  •  Индуцибельные опероны ответственны за катаболизм углеводов: лактозы, арабинозы, галактозы и других углеводов.
  •  Лактозный оперон подвержен регуляции двух типов: 1) негативной (отрицательной) и 2) позитивной (положительной).

Рис. 6 - Механизм негативной, или отрицательной, регуляции. Работа лактозного оперона бактерий E. сoli: А – без лактозы, Б – с лактозой.

  •  Лактозный оперон подвержен также регуляции другого типа – позитивной, или положительной.
  •  Белок БАК (расшифровывается: белок-активатор катаболитных оперонов), или САР (catabolite activator protein).
  •  Диауксия это приспособление микроорганизмов к росту в средах, содержащих два разных источника углерода. При диауксии микроорганизмы используют сначала один из источников с помощью конститутивного фермента, а затем другой – с помощью индуцибельного фермента. Диауксия была описана у E. coli Ж. Моно, а затем было установлено, что диауксия является одним из проявлений катаболитной репрессии.
  •  Катаболитная репрессия – это репрессия глюкозой. Означает замедление или остановку синтеза ферментов, участвующих в катаболизме сахаров при выращивании бактерий в присутствии глюкозы, т.е. неспособность бактерий усваивать различные углеводы в присутствии глюкозы, как более эффективного источника энергии.

5. Механизмы функционирования репрессибельных оперонов

  •  Репрессибельные опероны ответственны за синтез аминокислот аргинина, гистидина и триптофана.

Рис. 7 - Работа триптофанового оперона бактерий E. coli: А – нет триптофана; Б – избыток триптофана

  •  Аттенуауция – механизм регуляции транскрипции генов, известный у ряда бактерий. Аттенуация является следствием преждевременной терминации синтеза иРНК в определенном участке гена – аттенуаторе.
  •  Аттенуатор – регулируемый терминатор транскрипции бактерий. Например, между генами триптофанового оперона E. сoli содержится аттенуатор (trp L), который в условиях избытка триптофана обеспечивает снижение уровня синтеза trp- иРНК. 
  •  Установлено, что в отличие от репрессии, аттенуация зависит не от самой аминокислоты триптофана, а от образования активированной аминокислоты, присоединенной к транспортной РНК, т.е. триптофанил-тРНК.

! ! ! Таким образом, и в случае индукции путем негативной регуляции у Lac-оперона, и в случае репрессии синтеза ферментов у Тrp-оперона взаимодействие репрессора с оператором приводит к подавлению транскрипции соответствующих структурных генов. Различие заключается в том, что при индукции путем негативной регуляции эффектор (индуктор), взаимодействуя с репрессором, понижает сродство репрессора к оператору, а в случае репрессии эффектор (корепрессор) повышает это сродство.

PAGE  5


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

85074. Государственная политика противодействия наркобизнесу. Профилактика наркомании 32.58 KB
  Профилактика наркомании. Привлечь внимание учащихся к факту губительного распространения наркомании среди молодежи познакомить их с нормативноправовой основой противодействия наркомании; обсудить статью Уголовного кодекса РФ в которой предусмотрены наказания за действия связанные с наркотическими и психотропными веществами. Сформировать у учащихся убеждение в том что самая эффективная профилактика наркомании это индивидуальная система самовоспитания. Познакомить учащихся с психологической основой по формированию индивидуальной системы...
85077. Вредные привычки, их влияние на здоровье. Профилактика вредных привычек 34.63 KB
  Профилактика вредных привычек. Одна из таких угроз возникновение а главное глобальное распространение вредных привычек. Назовите социальные причины вредных привычек и их последствия. Ощущаем ли мы эти последствия в повседневной жизни Как ты сам борешься с вредными привычками Учитель предлагает обсудить проблему таких вредных привычек как пьянство и алкоголизм табакокурение и наркомания.
85078. Алкоголизм и курение, их профилактика 44.7 KB
  Познакомить учащихся с физиологическими и социальными последствиями употребления алкоголя. К сожалению употребление алкоголя давно стало элементом человеческой культуры и так же давно передовые представители человечества говорили о пагубности этой привычки. Токсическое воздействие алкоголя прежде всего сказывается на деятельности нервной системы. Если содержание алкоголя в крови принять за 1 единицу то в печени оно будет равно 145 а в головном мозге 175.
85079. Наркомания – прямая угроза жизни и здоровью человека 41.3 KB
  Цель урока: Познакомить учащихся с физиологическими и социальными последствиями употребления наркотиков Изучение нового материала. Каков возраст подавляющего большинства наркоманов В каком возрасте люди начинают приобщаться к наркотикам Как вы думаете что является главной причиной всемирного распространения наркотиков Существует ли юридическая ответственность за употребление наркотиков А за их хранение За распространение Можно ли лечением снять наркотическую зависимость Можно ли окончательно излечиться от наркомании Какая по...
85080. Правила поведения в условиях вынужденной автономии в природе. Ориентирование 39.44 KB
  К небесным телам относятся солнце луна звёзды. Места восхода и захода солнца по временам года различны: зимой солнце восходит на юговостоке а заходит на югозападе; летом солнце восходит на северовостоке а заходит на северозападе; весной и осенью солнце восходит на востоке а заходит на западе. Луна так же как и солнце всходит на востоке и заходит на западе. Для этого положите часы горизонтально так чтобы часовая стрелка указывала на Солнце.
85081. Правила поведения в ситуациях криминогенного характера 36.44 KB
  Учащимся предлагаются ситуации возможного теракта в которых учащиеся должны действовать. Учащиеся делятся на группы у каждой группы своё задание. Учащиеся находят на школьной территории подозрительную коробку из которой торчит проволока похожая на антенну. После обнаружения коробки учащиеся должны запомнить место где она находится и быстро отойти от нее.
85082. Уголовная ответственность несовершеннолетних 31.76 KB
  Юридическая ответственность это система санкций налагаемых государством государственными органами имеющими на то полномочия на основании закона на граждан совершивших проступок т. Перечислим их по мере убывания строгости: уголовная ответственность; административная ответственность; дисциплинарная ответственность; материальная ответственность; гражданскоправовая ответственность. Далее учитель переходит к вопросу о возрасте когда человек несет уголовноправовую ответственность.