Гени і ферменти

Як ми вже згадували, гени регулюють синтез білків на рибосомах; разом з тим відомо, що найважливішими білками, визначальними активність клітини, є ферменти. З цього випливає, що дія генів здійснюється через ферменти: кожен ген контролює синтез одного ферменту і через цей фермент впливає на функцію клітини. Хоча відомо, що в ряді випадків гени регулюють синтез білків неферментативної природи, все ж вважається, що активність генів визначається їх впливом на синтез ферментів.

Велика частина досліджень в цій області була проведена на рожевої цвілі – нейроспори (Neurospora). Ця цвіль може рости в середовищі з мінімальною кількістю поживних речовин: досить додати кілька простих солей, цукор, аміак і один з вітамінів групи В – біотин. Для існування всіх живих організмів потрібні вітаміни і амінокислоти, нейроспори ж здатна сама синтезувати всі необхідні їй амінокислоти
і всі вітаміни, крім біотину. Синтез цих речовин здійснюється за допомогою ферментів. Ферментні системи нейроспори перетворюють прості з’єднання в складні комплекси, відсутні в живильному середовищі.

Всі ці процеси вимагають участі великої кількості ферментів, оскільки кожна амінокислота або вітамін утворюються поступово, в ході багатьох послідовних ферментативних реакцій. Візьмемо як приклад одну з амінокислот – триптофан. У нейроспори є ферменти, які перетворюють цукор і аміак в речовину, зване індолом. Це перетворення проходить через ряд етапів, кожен з яких протікає за участю особливого ферменту. Останній фермент в цій послідовності називається індолазой. У присутності інших ферментів з тих самих вихідних продуктів – цукру і аміаку – може утворитися інша речовина – серин. Фермент, завершальний процес освіти серина в цій системі, носить назву серінази. Нарешті, фермент триптофансинтетази сприяє з’єднанню індолу і серину з утворенням амінокислоти триптофану.

Триптофан – це тільки одна із півтора десятка амінокислот, необхідних для нейроспори. Синтез кожної амінокислоти є складний багатоступінчастий процес, що йде за участю ферментів. Таким чином, цілком очевидно, що в цвілі має вироблятися велика кількість ферментів хоча б для того, щоб забезпечити синтез амінокислот; але ж необхідно синтезувати і вітаміни; крім того, в клітинах протікає безліч інших ферментативних реакцій.

Мутація гена, відповідального за синтез якого-небудь із сотень ферментів, може привести до того, що клітини цвілі втратять здатність виконувати одну з життєво важливих функції. Наприклад, в результаті однієї мутації нейроспори перестала синтезувати триптофансинтетази. Така цвіль добре росте в середовищі, що містить триптофан, але за відсутності триптофану зростання цвілі припиняється навіть при наявності серина і індолу. Як показав хімічний аналіз, в такий нейроспори присутній фермент, дуже близький за структурою до триптофансинтетази, але цей фермент не каталізує утворення незамінної амінокислоти триптофану з індолу і серину. Якийсь невелика зміна в ДНК гена призвело до того, що РНК доставила до рибосом кілька змінену інформацію, а це в свою чергу викликало синтез ферменту, кілька відрізняється від триптофансинтетази.

...
ПОДІЛИТИСЯ:

Дивіться також:
Шляхи передачі інфекції