Углеродная катаболитная репрессия , или просто катаболитная репрессия , является важной частью глобальной системы контроля различных бактерий и других микроорганизмов. Катаболитная репрессия позволяет микроорганизмам быстро адаптироваться к предпочтительному (быстро метаболизируемому) источнику углерода и энергии в первую очередь. Обычно это достигается путем ингибирования синтеза ферментов, участвующих в катаболизме источников углерода, отличных от предпочтительного. Впервые было показано, что катаболитная репрессия инициируется глюкозой , и поэтому ее иногда называют эффектом глюкозы . Однако термин «эффект глюкозы» на самом деле является неправильным , поскольку известно, что другие источники углерода вызывают катаболитную репрессию. [ необходима цитата ]
Он был открыт Фредериком Дьенером в 1900 году. [1] [2] Жак Моно предоставляет библиографию литературы до 1940 года. [3]
Катаболитная репрессия была тщательно изучена на Escherichia coli . E. coli растет быстрее на глюкозе, чем на любом другом источнике углерода. Например, если E. coli поместить на агаровую пластинку, содержащую только глюкозу и лактозу , бактерии будут сначала использовать глюкозу, а затем лактозу. Когда в среде присутствует глюкоза, синтез β-галактозидазы находится под репрессией из-за эффекта катаболитной репрессии, вызванной глюкозой. Катаболитная репрессия в этом случае достигается за счет использования системы фосфотрансферазы .
Важный фермент из системы фосфотрансферазы, называемый ферментом II A ( EIIA ), играет центральную роль в этом механизме. В одной клетке существуют различные катаболит-специфичные EIIA , хотя разные группы бактерий имеют специфичность к разным наборам катаболитов. У кишечных бактерий один из ферментов EIIA в их наборе специфичен только для транспорта глюкозы. Когда внутри бактерий уровень глюкозы высок, EIIA в основном существует в нефосфорилированной форме. Это приводит к ингибированию аденилатциклазы и лактозопермеазы , поэтому уровни цАМФ низкие, и лактоза не может транспортироваться внутрь бактерий.
После того, как вся глюкоза израсходована, бактерии должны использовать второй предпочтительный источник углерода (то есть лактозу). Отсутствие глюкозы «отключит» катаболитную репрессию. Когда уровень глюкозы низкий, фосфорилированная форма EIIA накапливается и, следовательно, активирует фермент аденилатциклазу , который будет производить высокие уровни цАМФ . цАМФ связывается с белком-активатором катаболита (CAP), и вместе они будут связываться с последовательностью промотора на lac-опероне . Однако этого недостаточно для транскрипции генов лактозы. Лактоза должна присутствовать внутри клетки, чтобы удалить репрессор лактозы из последовательности оператора ( транскрипционная регуляция ). Когда эти два условия выполняются, для бактерий это означает, что глюкоза отсутствует, а лактоза доступна. Затем бактерии начинают транскрибировать lac-оперон и вырабатывать ферменты β-галактозидазы для метаболизма лактозы. Приведенный выше пример является упрощением сложного процесса. Катаболитная репрессия считается частью глобальной системы контроля и, следовательно, влияет на большее количество генов, а не только на транскрипцию гена лактозы. [4] [5]
Грамположительные бактерии, такие как Bacillus subtilis, имеют цАМФ -независимый механизм катаболитной репрессии, контролируемый белком контроля катаболита A ( CcpA ). В этом альтернативном пути CcpA отрицательно репрессирует другие опероны сахара, поэтому они выключены в присутствии глюкозы. Это работает за счет того, что Hpr фосфорилируется определенным механизмом, когда глюкоза поступает через белок клеточной мембраны EIIC, и когда Hpr фосфорилируется, он может затем позволить CcpA блокировать транскрипцию оперонов альтернативного пути сахара в их соответствующих участках связывания последовательности cre. Обратите внимание, что E. coli имеет аналогичный цАМФ-независимый механизм катаболитной репрессии, который использует белок, называемый активатором репрессора катаболита (Cra).
