Гены и ферменты PDF Печать E-mail

Как мы уже упоминали, гены регулируют синтез белков на рибосомах; вместе с тем известно, что важнейшими белками, определяющими активность клетки, являются  ферменты. Из этого следует, что действие генов осуществляется через ферменты: каждый ген контролирует синтез одного фермента и через этот фермент влияет на функцию клетки. Хотя известно, что в ряде случаев гены регулируют синтез белков неферментативной природы, все же считается, что активность генов определяется их влиянием на синтез ферментов.

Большая часть исследований в этой области была проведена на розовой плесени — нейроспоре (Neurospora). Эта плесень может расти в среде с минимальным количеством питательных веществ: достаточно добавить несколько простых солей, сахар, аммиак и один из витаминов группы В — биотин. Для существования всех живых организмов требуются витамины и аминокислоты, нейроспора же способна сама синтезировать все необходимые ей аминокислоты
и все витамины, кроме биотина. Синтез этих веществ осуществляется с помощью ферментов. Ферментные системы нейроспоры превращают простые соединения в сложные комплексы,  отсутствующие в питательной среде.

Все эти процессы требуют участия большого числа ферментов, поскольку каждая аминокислота или витамин образуются постепенно, в ходе многих последовательных ферментативных реакций. Возьмем в качестве примера одну из аминокислот — триптофан. В нейроспоре имеются ферменты, которые превращают сахар и аммиак в вещество, называемое индолом. Это превращение проходит через ряд этапов, каждый из которых протекает при участии особого фермента. Последний фермент в этой последовательности называется индолазой. В присутствии других ферментов из тех же исходных продуктов — сахара и аммиака — может образоваться другое вещество — серин. Фермент, завершающий процесс образования серина в этой системе, носит название сериназы. Наконец, фермент триптофансинтетаза способствует соединению индола и серина с образованием аминокислоты триптофана.

Триптофан — это только одна из полутора десятков аминокислот, необходимых для нейроспоры. Синтез каждой аминокислоты представляет собой сложный многоступенчатый процесс, идущий при участии ферментов. Таким образом, совершенно очевидно, что в плесени должно вырабатываться большое число ферментов хотя бы для того, чтобы обеспечить синтез аминокислот; но ведь необходимо синтезировать и витамины; кроме того, в клетках протекает множество других ферментативных реакций.

Мутация гена, ответственного за синтез какого-либо из сотен ферментов, может привести к тому, что клетки плесени утратят способность выполнять одну из жизненно важных функции. Например, в результате одной мутации нейроспора перестала синтезировать триптофансинтетазу. Такая плесень хорошо растет в среде, содержащей триптофан, но в отсутствие триптофана рост плесени прекращается даже при наличии серина и индола. Как показал химический анализ, в такой нейроспоре присутствует фермент, очень близкий по структуре к триптофансинтетазе, но этот фермент не катализирует образования незаменимой аминокислоты триптофана из индола и серина. Какое-то небольшое изменение в ДНК гена привело к тому, что РНК доставила к рибосомам несколько измененную информацию, а это в свою очередь вызвало синтез фермента, несколько отличающегося от триптофансинтетазы.

Интересные статьи по биологии:

1) Распределение вида внутри ареала

2) Популяции и виды