Биологический каталог




Основы энзимологии

Автор В.К.Плакунов

ественное влияние на процессы метаболизма в целом. Ярким примером является участие фосфотрансфе-разной системы в регуляции биосинтеза белков по типу катабо-литной репрессии. Оказалось, что уровень сАМР у Escherichia coli облигатно зависит от функционирования фосфотрансферазной системы, причем главную роль в этой связи играет специфический для глюкозы компонент Е 111 (рис. 41).

В отсутствие глюкозы все компоненты системы, в том числе и Е I 11, находятся в фосфорилированном состоянии за счет резерва PEP. Фосфорилированный Е 111, взаимодействуя с аденилатцик-лазой, переводит ее в активное состояние, в результате чего внутриклеточный уровень сАМР повышается и активируется транскрипция «слабых» оперонов, в том числе систем транспорта и метаболизма других Сахаров (т. е. снимается катаболитная репрессия).

Напротив, в присутствии глюкозы степень фосфорилирования Е I 11 снижается в связи с переносом фосфорильного остатка на глюкозу в процессе ее транспорта. В результате уменьшается активность аденилатциклазы, снижается уровень сАМР и блокируется транскрипция ряда «сахарных» оперонов (т. е. наступает катаболитная репрессия).

Следует добавить, что нефосфорилированная форма Е I I I, по-видимому, может инактивировать транспортные системы других Сахаров, предотвращая поступление последних в клетку, что еще более усиливает катаболитную репрессию.

Каков же механизм катаболитной реперессии в случае, когда подавляется синтез ферментов, ответственных за катаболизм самой глюкозы, а в качестве более выгодных в энергетическом смысле субстратов выступают, например, органические кислоты или водород? Ведь тогда участие фосфотрансферазной системы не-

107

Внутри

Мембрана

Снаружи

Другие сахара (внутри)

Глкжоэо-6-фосфат (внутри)

Пируват w /¦ Е1

X X X

НРг-Р E1II-F

Рис 41. Роль фосфотрансферазной системы в катабодитной репрессии:

Е I, НРг, Е11, Е111, — белковые компоненты системы, которые могут акцептировать фосфо-рильный остаток (Р); ЕI и НРг— «растворимые» неспецифичные компоненты, Е11 и Е111 сахарос-пецифичны, причем Е11 выполняет роль транспортного «переносчика».

В процессе транспорта сахар (глюкоза) фосфорилируется и накапливается внутри клетки. Фос-форилированная форма Е111 — Р, образующаяся за счет фосфоенолпирувата (PEP) в отсутствие глюкозы, активирует аденилатциклазу, свободная форма Е 111, накапливающаяся в присутствии глюкозы, подавляет активность транспортных систем других Сахаров

возможно. Чтобы понять механизм явления, необходимо обратить внимание на нижнюю часть рис. 41, где изображена система экскреции сАМР. Значение этих систем для регуляции метаболизма мы рассмотрим подробнее в следующем параграфе, а здесь отметим только, что одним из способов снижения уровня сАМР может служить активирование его выброса из клетки, например наложением на мембрану ТЭП, т.е. путем «энергизации» мембраны, степень которой, естественно, будет выше всегда, когда использу-

108

ется более выгодный в энергетическом отношении субстрат. Таким образом, если субстрат обеспечивает энергетические потребности клетки и создает необходимую степень «энергизации» мембраны, он может (потенциально) вызывать подавление использования других субстратов, от которых зависит уровень с AMP в клетке (что и приведет к эффекту, сходному с катаболитной репрессией).

14.5. Транспорт веществ из клетки в среду: секреция и экскреция

До сих пор мы рассматривали процессы поступления веществ внутрь клеток. Однако очень большое значение имеют и обратные процессы — выделение продуктов из клеток.

Рассмотрим сначала процессы секреции, т. е. выделение из клетки белков (ферментов).

Секретируемые белки (экзоферменты) синтезируются в виде более длинных предшественников, которые подвергаются процессингу, как правило, на этапе транслокации через мембрану. Они содержат на NHj-конце так называемый сигнальный пептид из 15—30 аминокислот (преимущественно гидрофобных), которые удаляются специальной сигнальной пептидазой, локализованной в мембране. Транслокация белка через мембрану обычно протекает одновременно с трансляцией (котрансляционная транслокация), хотя известны случаи посттрансляционной транслокации (рис. 42). После образования сигнального пептида трансляция временно прекращается в результате присоединения к рибосоме нук-леопротеидного ингибитора (1) (еще один способ регуляции трансляции на стадии элонгации!) и полисомный комплекс перемещается к мембране, где локализован аппарат секреции, включающий рецепторы рибосомы и сигнального пептида. Происходит формирование трансмембранной «поры» (2). Сигнальный пептид закрепляется на своем рецепторе, и трансляция возобновляется, причем растущая пептидная цепь «проталкивается» через мембрану (3). Сигнальный пептид отщепляется сигнальной пептидазой, и «зрелая» молекула фермента отделяется от рибосомы (4). После завершения трансляции рибосомный комплекс покидает мембрану и диссоциирует на субчастицы для подготовки нового цикла трансляции (5).

Сходный механизм используется при образовании белков наружной мембраны грамотрицательньгх бактерий. Такой белок содержит гидрофобную «якорную» последовательность, которая позволяет ему закрепиться в мембране, процесс его секреции часто называют экспортом.

109

Внутри

1 2 3 4 5

- иРНК Мембрана

Снаружи

Рис. 42. Схема котрансляционной секреции экзофермента

У эукариот решающее значение в процессе секреции ферментов имеют эндоплазматический ретикулум и аппарат Гольджи (см. гл. 2).

Для описания процесса выделения из клеток низкомолекулярных веществ используют термин экскреция. Она может выполнять три основные физиологические функции:

а) удаление ингибитора — токсичного для клетки вещества, продуцируемого эндогенно или поступающего из окружающей среды (например, антибиотика);

б) удаление эффектора, избыток которого нарушает нормальные физиологические процессы в клетке (например, индуктора или корепрессора);

в) удаление конечного продукта метаболизма с целью «сброса» окислительно-восстановительных эквивалентов, создания в среде резерва источников питания или запасания энергии в виде ТЭП (например, аминокислот, Сахаров, органических кислот).

Дополнительные функции секреции могут состоять в выделении химических «сигналов», регулирующих физиологическое состояние популяции.

Хорошо изученными примерами экскреции первого типа являются транспортные системы, кодируемые плазмидами и опосредующие энергозависимое удаление антибиотике в-тетрацикл и-нов, а также анионов арсената и катионов Cd2+ из клеток устойчивых к этим ингибиторам микроорганизмов.

Пример экскреции второго типа — так называемый выброс индуктора в системе метаболизма лактозы (кодируемой /ас-опе-роном) под действием глюкозы, а также экскреция сАМР в результате повышения ТЭП. Оба эти эффекта представляют собой

110

дополнительные проявления регуляции метаболизма по механизму катаболитной репрессии.

Наконец, примером экскреции третьего типа может служить выделение лактата в процессе молочнокислого брожения, в результате чего происходит «сброс

страница 28
< 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
(16.09.2019)