Что понимают под генетическим контролем экспрессии или регуляции действия генов? Это понятие означает, что экспрессия гена или набора генов может избирательно увеличиваться или уменьшаться (индуцироваться или ре-прессироваться) селективно. Регулирующее действие осуществляют белки, ко-торые могут вмешиваться в транскрипцию. На экспрессию оказывает влияние изменение уровня АТФ, но это соединение не является результатом.
Сведения о регуляторных механизмах экспрессии генов по большей час-ти получены в результате изучения образцов контроля активности генов, рас-пространяемых на последовательность реакции в биосинтезе микроорганизма-ми белков, на гены фага лямбда, 5 S-гены Xenopus, гены, обеспечивающие скрещивание дрожжей, и гены, вовлеченные в контроль развития эукариотов. Сравнение механизмов, контролирующих действие генов у разных организмов, показывают чрезвычайное разнообразие в этих механизмах. В этом убеждает рассмотрение наиболее изученных систем. В применении к бактериям известно два механизма, один из которых контролирует активность ферментов, тогда как второй — синтез ферментов (синтез специфических белков). Сущность контро-ля (регуляции) активности ферментов иллюстрируется примером биосинтеза изолейцина, ранним предшественником которого является треонин и превра-щение которого в изолейцин осуществляется в результате пяти последователь-ных реакций с участием ферментов. Если к культуре бактерий, обладающих самостоятельной способностью синтезировать аминокислоты, в том числе изо-лейцин, прибавить изолейцин, то это приводит к прекращению клетками синте-за данной аминокислоты. Ростовые потребности клеток в это время обеспечи-ваются лишь экзогенным изолейцином. Механизм этого явления заключается в ингибировании (подавлении) активности фермента, катализирующего превра-щение треонина в последующий предшественник изолейцина. Синтез восста-навливается лишь тогда, когда экзогенный изолейцин истощается в среде.
Уникальность этого явления связана с тем, что ингибитор (конечный продукт) и нормальный субстрат имеют различную структуру и не конкуриру-ют за один и тот же сайт связывания на ферменте. Можно сказать, что фермент несет два сайта связывания, один из которых специфичен для субстрата, другой — для ингибитора. Нормально субстрат прикрепляется к активному сайту фер-мента. Однако если к этому специфическому сайту прикрепляется ингибитор, то наступает структурное превращение (транзиция) в ферменте, вследствие че-го нормальный субстрат больше не прикрепляется, что блокирует активность фермента, катализирующего конец биосинтеза либо одну из его стадий. Это яв-ление получило название аллостерической транзиции (рис. 144).
В основе аллостерического взаимодействия лежит любое измерение в ак-тивности фермента, вызываемое избирательным связыванием на втором сайте фермента, причем этот сайт не перекрывает сайта на ферменте для связывания субстрата. Фермент, по существу, становится химическим трансдуктором, по-зволяющим взаимодействие между двумя молекулами — ингибитором и суб-стратом, которое другим способом исключено. Определенные ферменты чувст-вительны к активированию при соединении их с эф- фекторной молекулой, от-личной от каталитического субстрата. Кроме того, определенные ферменты чувствительны к активированию одним метаболитом и подавлению другим. Поскольку возможны мутации, которые могут поражать один ингибиторный сайт, не затрагивая другого, фенотипически они проявляются в резистентности клеток к ингибированию конечным продуктом и в выработке ими больших ко-личеств конечного продукта. Таким образом, аллостерическая транзиция обес-печивает исключительно гибкую систему регуляции активности ферментов.
