27. Мутационные дефекты метаболитической регуляции.

Как уже отмечалось, метаболическая регуляция может нарушаться вследствие мутаций. Именно последние приводят к сверхсинтезу метаболитов. Для понимания мутационных влияний можно ограничиться рассмотрением следующего упрощенного примера. Аллостерические ферменты, подверженные ингибированию по принципу обратной связи, состоят из двух видов белковых субъединиц: субстратсвязываюшей, несущей на себе каталитический .центр, и регуляционной (аллостерической), служащей центром связывания ингибитора, действующего по принципу обратной связи. Временное занятие центра ингибитором, конечным метаболитом {или аллостерическим эффектором) приводит к конформационному изменению белковой макромолекулы фермента, затрудняющему прикрепление субстрата к центру его связывания (рис. 1.7). Мутация меняет конформацию белка таким образом, что теряется активность по отношению к алло- * стерическому эффектору, но не каталитнчеокая. Это приводит к образованию избыточного количества соответствующего конечного продукта. Репрессия синтеза ферментов, необходимых, например, для образования аминокислот, обусловливается ря-дом реакций в специфических генах, детерминирующих синтез этих ферментов. Если ген-регулятор i закодирован на продуцирование внутриклеточного неактивного белка-репрессора (апо- репрессора), а соответствующий конечный продукт—аминокислота — представлен в клетке в малых концентрациях, то ген- оператор о не будет блокирован белком-апорепрессором, РНК-полимераза сможет перемещаться от гена-промотора р и транскрибировать структурный ген. Следовательно, будут образовываться необходимые для синтеза аминокислоты ферменты, например аспартаткиназы — конститутивные ферменты (рис. 1.8, вверху слева).Напротив, при высоких концентрациях в клетке аминокислоты или когда она содержится в питательной среде, апорепрессор активируется аминокислотой или продуктом ее превращения, например комплексом аминоацил-тРНК. (рис. 1.8, внизу слева). Затем активированный апорепрессор (холорепрессор) взаимодействует с геном-оператором и предотвращает транскрипцию структурного гена в мРНК; следовательно, ферменты образовываться не будут.Мутации (дефект) генов i или о приводят либо к образованию дефектного апорепрессора, не способного взаимодействовать даже с избытком аминокислоты, или к возникновению неактивной в отношении к холорепрессору конформации структурного гена; в обоих случаях эффект одинаков (рис. 1.8, справа). В таких мутантах наблюдают, как правило, сверхпродуцирование ферментов, а значит, целевой аминокислоты. Следствием этих дефектов может быть индукция ферментов. При этом ин- дуцибельные ферменты становятся конститутивными, т. е. не зависят от наличия субстрата в клетке, а катаболитная репрессия исчезает. Мутанты с дефектами регуляции принято называть регуляторными мутантами; их функцией является синтез конститутивных ферментов.Наконец, включение механизма ингибирования по принципу обратной связи—-еще одного регуляционного способа контроля жизнедеятельности микроорганизма (см. рис. 1.4)—достигается при наличии в штамме-продуценте мутационного нарушения регуляции, дефекта (разрыва) в биохимической последовательности образования конечного продукта. Способность клетки к образованию и накоплению внутриклеточных конечных продуктов — ингибиторов ограничивается, поскольку отсутствует (или выключен) соответствующий фермент. При ограничении накопления конечного продукта становится возможным рост клеток продуцента. В то же время в клетке накапливаются высокие концентрации промежуточного целевого продукта. Мутанты с ограничением накопления конечных продуктов метаболизма принято называть ауксотрофными.Часто сверхпродуценты являются многократными мутантами, которые имеют оба вида дефектов (ауксотрофно-регуляторные мутанты).