Биологический каталог




Основы энзимологии

Автор В.К.Плакунов

Ферредоксин-

(восстисоалекный)

Ферредоксин

(оюкленмый)

Fe-S-белок-

(окнслсюшй)

-Fe-S-белок ¦

(¦осстанмлеюшй)

¦ Mo-Fe-белок

(восстановленный)

¦ Mo-Fe-белок

(окксленный)

N s N

2NH,

Mg-ATP

Рис 27. Строение нитрогеназы и процесс азотфиксации: компоненты нитрогеназы — малый (Fe-S-белок) и большой (Mo-Fe-белок); Pj — неорганический ортофосфат

Для восстановления молекулы азота необходим перенос шести электронов, но за один цикл не может быть перенесено более двух электронов, поэтому процесс протекает не менее чем в трех последовательных стадиях:

N = N-

-» HN = NH

-» H,N - NH,

->2NH,

При быстрой остановке реакции из инкубационной смеси удалось выделить гидразин. По-видимому, промежуточные продукты остаются прочно связанными с нитрогеназой, которая способна восстанавливать и ряд других соединений:

Азид N3- + 4Н+ + 2е- -> N2 + NH4+;

Цианид CN- + 8Н+ + бе- -> СН4 + NH4+;

Протоны 2Н+ + 2е- -» Н,;

Ацетилен НС = СН + 2Н+ + 2е-

Н2С = СН2.

68

Способность нитрогеназы восстанавливать ацетилен в этилен позволила разработать простой метод определения нитрогеназ-ной активности, весьма чувствительной к кислороду, за счет чего азотфиксация происходит либо у облигатно и факультативно анаэробных бактерий (Clostridium, Klebsiella), либо в анаэробных участках клетки аэробных бактерий (Azotobacter, Rhizobium). У Rhizobium азотфиксация происходит в клубеньках, образующихся на корнях бобовых растений после «заражения» растений этими бактериями. При этом клетки бактерий сильно видоизменяются, превращаясь в так называемые бактероиды, а растения начинают синтезировать особый гемоглобин (леггемоглобин), которому приписывается способность защищать нитрогеназу от избытка кислорода. Известен также симбиоз покрытосеменных растений с азотфиксирую-щими актиномицетами, а голосеменных и папоротников — с цианобактериями. Урожайность злаковых заметно повышается в ассоциации с бактериями-азотфиксаторами рода Azospirillum. Азот-фиксирующие штаммы Klebsiella обнаружены в кишечнике жителей Новой Гвинеи.

л.-

Глава 11. Регуляция биосинтеза белков на этапе транскрипции

Проблемы, связанные с регуляцией метаболических процессов — важнейшие в системе биохимических знаний, и делятся на два больших класса:

1. Представления о молекулярных механизмах процессов регуляции, которые являются, скорее, предметом молекулярной биологии и, частично, молекулярной генетики (см. схему на рис. 1).

2. Феноменологическое выражение последствий регуля-торных событий, определяющее направление протекания биохимических процессов, что, собственно, и является предметом биохимии. Именно последний аспект проблемы будет лежать в основе представленного материала, но, учитывая небольшой объем пособия, ограничимся лишь некоторыми ключевыми вопросами. Для более детального ознакомления с проблемой следует обратиться к фундаментальным трудам (см. список литературы).

11.1. Основные определения

Регуляцией метаболизма называется управление скоростью биохимических процессов путем обратимого изменения количества белковых посредников, участвующих в этих процессах, или их активности.

Белковый посредник — более общий и точный термин, чем термин фермент. Хотя во многих биохимических процессах белковые посредники представляют собой именно ферменты — катализаторы химических превращений субстратов, но, например, в транспорте субстратов через биологические мембраны перенос опосредуется белками, не являющимися ферментами, так как они не катализируют каких-либо химических реакций, а обеспечивают узнавание и транслокацию субстратов.

В отдельных случаях роль посредника выполняют не белки, а рибонуклеопротеиды или сама РНК, но это, скорее, исключение.

70

11.2. Уровни регуляции

В соответствии с приведенным определением следует выделять два основных уровня регуляции: биосинтеза белковых посредников; их активности.

Оба уровня жизненно необходимы для организма, и мутанты с нарушением хотя бы одного, как правило, вытесняются из популяции.

11.3. Регуляция биосинтеза белков

Биосинтез белков складывается из процессов непосредственного построения и модификации белковой молекулы (трансляции и посттрансляционной модификации), а также из «подготовительных» процессов: репликации генетического материала и его транскрипции.

Репликация ДНК подробно рассматривается в курсах молекулярной биологии и фундаментальных учебниках биохимии. Мы остановимся лишь на некоторых принципиальных вопросах, имеющих значение для регуляции биосинтеза белка.

Необходимо отметить, что термин хромосома как место локализации ДНК применим только к клеткам эукариот, тогда как часто используемый термин бактериальная хромосома неточен и лучше говорить о генофоре или нуклеоиде, подразумевая под этими терминами ДНК-РНК-белковый комплекс.

Еще точнее термин геномный эквивалент, так как часть ДНК в бактериальной клетке присутствует в нескольких копиях (хотя прокариоты гаплоидны, т.е. все копии локусов в ДНК идентичны). Если в бактериальную клетку поступает дополнительный фрагмент ДНК, несущий новые аллели тех же локусов (в процессах конъюгации, трансформации или трансдукции), то возникает так называемый меродиплоид (частичный диплоид).

11.4. Особенности процесса репликации

Как и в случае биосинтеза других биополимеров, процесс репликации ДНК включает три этапа: инициацию, элонгацию и тер-минацию. Для репликации характерны следующие особенности:

1. Она осуществляется по полуконсервативному механизму (т. е. одна из цепей служит матрицей для сборки другой), причем цепи

71

ДНК антипараллельны (З'конец содержит остаток ортофосфата — Р, а 5' конец — ОН) и последующей транскрипции подвергается только одна цепь:

2. Синтез, по-видимому, протекает прерывисто (с образованием фрагментов Оказаки) и в направлении 5' 3'.

3. Каждая цепь начинается с РНК-затравки (о-РНК), фрагменты объединяются ДНК-лигазой с выщеплением РНК.

4. Система репликации является мультиферментной, в нее входят 2—3 ДНК-полимеразы, ДНК-лигаза, топоизомеразы, необходимые для расплетания цепей ДНК и последующей их сверх-спирализации. Всего порядка 15 генетических локусов (обозначаемых dnaA, dnaB, dnaC и т.д.) кодируют тот или иной полипептид, необходимый для репликации.

5. Существуют четыре основных типа: синтез фрагментов, репликация плазмид (у прокариот), рекомбинационный синтез ДНК, репарационный синтез ДНК. В каждом из них участвуют как общие, так и специфические компоненты.

6. Нативная система репликации ДНК является мембранной и инактивируется при разрушении мембран. Поэтому для моделирования процесса репликации используются, как правило, упрощенные системы, полученные из бактериальных «условных» мутантов (например, температурочувствительных) или из «маленьких» (tiny) фагов (фХ174, G4, М13 и др.).

Регуляция процесса репликации ДНК наиболее строго осуществляется на этапе инициации. Репликация находится под положительным и отрицательным контролем, причем оба они скоординированы с клеточным делением.

В общих чертах принцип такой регуляции можно сфо

страница 17
< 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
(22.10.2019)