Механизмы интенсификации процессов получения продуктов клеточного метаболизма презентация

веществ и энергии в организме, обеспечивающих развитие, жизнедеятельность и самовоспроизведение организмов, их связь с окружающей средой и адаптацию к изменениям внешних условий.

ЧТО ОБЕСПЕЧИВАЕТСЯ СЛОЖНЕЙШЕЙ СИСТЕМОЙ РЕГУЛЯЦИИ ОБМЕНА ВЕЩЕСТВ. • ЗАДАЧА БИОТЕХНОЛОГА СОСТОИТ В ОБЕСПЕЧЕНИИ СВЕРХСИНТЕЗА ОДНОГО ИЗ ПРОДУКТОВ МЕТАБОЛИЗМА, ЧТО ДОСТИГАЕТСЯ КАК ПУТЕМ ИЗМЕНЕНИЯ ГЕНЕТИЧЕСКОЙ ПРОГРАММЫ ОРГАНИЗМА, ТАК И ПОСРЕДСТВОМ НАРУШЕНИЯ РЕГУЛЯТОРНЫХ СИСТЕМ МЕТАБОЛИЗМА В НЕМ.

СЕЛЕКЦИИ, Т.Е. НАПРАВЛЕННОГО ОТБОРА ОРГАНИЗМОВ СО СКАЧКООБРАЗНЫМ ИЗМЕНЕНИЕМ ГЕНОМОВ. ДЛЯ ВОЗНИКНОВЕНИЯ МУТАЦИЙ ИНТЕРЕСУЮЩИЙ ГЕН ДОЛЖЕН УДВОИТЬСЯ 10⁶-10⁸ РАЗ. • БОЛЕЕ ЭФФЕКТИВЕН МЕТОД ИСКУССТВЕННОГО ПОВРЕЖДЕНИЯ ГЕНОМА. ТАКИМ МЕТОДОМ ЯВЛЯЕТСЯ ИНДУЦИРОВАННЫЙ МУТАГЕНЕЗ, ОСНОВАННЫЙ НА ИСПОЛЬЗОВАНИИ МУТАГЕННОГО ДЕЙСТВИЯ РЯДА ХИМИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ, РЕНТГЕНОВСКИХ И УЛЬТРАФИОЛЕТОВЫХ ЛУЧЕЙ. МУТАГЕНЫ ВЫЗЫВАЮТ ЗАМЕНЫ И ДЕЛЕЦИИ ОСНОВАНИЙ В СОСТАВЕ ДНК, А ТАКЖЕ ИНДУЦИРУЮТ МУТАЦИИ, ПРИВОДЯЩИЕ К СДВИГУ РАМКИ СЧИТЫВАНИЯ ИНФОРМАЦИИ. • НЕСМОТРЯ НА ТРУДОЕМКОСТЬ МЕТОДОВ СЕЛЕКЦИИ, ОНИ НЕ ПОТЕРЯЛИ СВОЕГО ЗНАЧЕНИЯ ДЛЯ СОЗДАНИЯ ВЫСОКОЭФФЕКТИВНЫХ МИКРООРГАНИЗМОВ – ПРОДУЦЕНТОВ И ОКАЗАЛИСЬ ПЕРСПЕКТИВНЫМ ДЛЯ ОЦЕНКИ ВЛИЯНИЯ НА ОБЪЕКТЫ РАЗЛИЧНЫХ ФАКТОРОВ СРЕДЫ – ИОНОВ ТЯЖЁЛЫХ МЕТАЛЛОВ, КИСЛОТ/ ЩЕЛОЧЕЙ И ДР.

С 70-Х ГОДОВ ПРОШЕДШЕГО СТОЛЕТИЯ ПЕРЕЙТИ ОТ СЛЕПОГО ОТБОРА ШТАММОВ МУТАНТОВ К СОЗНАТЕЛЬНОМУ КОНСТРУИРОВАНИЮ ГЕНОМОВ, ИСПОЛЬЗУЯ ДЛЯ ЭТОЙ ЦЕЛИ ПРОГРЕССИВНУЮ ТЕХНОЛОГИЮ РЕКОМБИНАНТНОЙ ДНК.  

ДЛЯ РОСТА ПРОПОРЦИЯХ В РЕЗУЛЬТАТЕ ФЕРМЕНТАТИВНЫХ РЕАКЦИЙ. КООРДИНАЦИЯ ХИМИЧЕСКИХ ПРЕВРАЩЕНИЙ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩАЯ ЭКОНОМНОСТЬ МЕТАБОЛИЗМА, ОСУЩЕСТВЛЯЕТСЯ У МИКРООРГАНИЗМОВ ТРЕМЯ ОСНОВНЫМИ МЕХАНИЗМАМИ: •РЕГУЛЯЦИЕЙ АКТИВНОСТИ ФЕРМЕНТОВ, В ТОМ ЧИСЛЕ ПУТЕМ РЕТРОИНГИБИРОВАНИЯ; •РЕГУЛЯЦИЕЙ ОБЪЕМА СИНТЕЗА ФЕРМЕНТОВ (ИНДУКЦИЯ И РЕПРЕССИЯ БИОСИНТЕЗА ФЕРМЕНТОВ); •КАТАБОЛИТНОЙ РЕПРЕССИЕЙ.  

В НАЧАЛЕ МНОГОСТУПЕНЧАТОГО ПРЕВРАЩЕНИЯ СУБСТРАТА, ТОРМОЗИТСЯ КОНЕЧНЫМ МЕТАБОЛИТОМ, ЧТО ДЕТАЛЬНО РАЗРАБОТАНО ПРИ ИЗУЧЕНИИ РЕГУЛЯЦИИ БИОСИНТЕЗА ПИРИМИДИНОВЫХ НУКЛЕОТИДОВ И НОВООБРАЗОВАНИЯ РЯДА АМИНОКИСЛОТ:

СОСТОЯНИИ ОБМЕНА ВЕЩЕСТВ КЛЮЧЕВЫМ ФЕРМЕНТАМ МЕТАБОЛИЗМА. КЛЮЧЕВЫЕ ФЕРМЕНТЫ — ЭТО РЕГУЛЯТОРЫ ПЕРИОДИЧНОСТИ В ПРОЦЕССЕ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ЭНЗИМА И СООТВЕТСТВЕННО ОБРАЗОВАНИЯ ПРОДУКТА. ЭТА ФЕРМЕНТЫ ПРЕДСТАВЛЕНЫ В КЛЕТКЕ АЛЛОСТЕРИЧЕСКИМИ БЕЛКАМИ, А КОНЕЧНЫЕ МЕТАБОЛИТЫ — АЛЛОСТЕРИЧЕСКИМИ ЭФФЕКТОРАМИ (АКТИВАТОРАМИ И ИНГИБИТОРАМИ) КЛЮЧЕВЫХ ЭНЗИМОВ. С ПОМОЩЬЮ ОПИСАННОГО МЕХАНИЗМА КОНЕЧНЫЕ ПРОДУКТЫ САМОРЕГУЛИРУЮТ СВОЙ БИОСИНТЕЗ. РЕТРОИНГИБИРОВАНИЕ — СПОСОБ ТОЧНОГО И БЫСТРОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ОБРАЗОВАНИЯ ПРОДУКТА.

ПОСТОЯННО И ИХ ОБРАЗОВАНИЕ НЕ ЗАВИСИТ ОТ СОСТАВА ПИТАТЕЛЬНОЙ СРЕДЫ – ЭТО КОНСТИТУТИВНЫЕ ФЕРМЕНТЫ, А ДРУГИЕ ФЕРМЕНТЫ – АДАПТИВНЫЕ ИЛИ ИНДУЦИБЕЛЬНЫЕ – ВОЗНИКАЮТ ТОЛЬКО В ОТВЕТ НА ПОЯВЛЕНИЕ В ПИТАТЕЛЬНОЙ СРЕДЕ ИНДУКТОРОВ – СУБСТРАТОВ ИЛИ ИХ СТРУКТУРНЫХ АНАЛОГОВ. 

ИРНК, ОБРАЗУЮЩИХСЯ В ПРОЦЕССЕ ТРАНСКРИПЦИИ. В ПРОЦЕССЕ ИНДУКЦИИ НИЗКОМОЛЕКУЛЯРНЫЙ МЕТАБОЛИТ-ИНДУКТОР, СОЕДИНЯЯСЬ С РЕПРЕССОРНЫМ БЕЛКОМ (ПРОДУКТ ГЕНА-РЕГУЛЯТОРА), ИНАКТИВИРУЕТ ЕГО И ТЕМ САМЫМ ПРЕПЯТСТВУЕТ ВЗАИМОДЕЙСТВИЮ БЕЛКА-РЕПРЕССОРА С ЗОНОЙ ОПЕРАТОРА, ЧТО ОБЕСПЕЧИВАЕТ ВОЗМОЖНОСТЬ ПРИСОЕДИНЕНИЯ К ПРОМОТОРУ РНК-ПОЛИМЕРАЗЫ И, СЛЕДОВАТЕЛЬНО, НАЧАЛО СИНТЕЗА. ИЗУЧЕНИЕ МЕХАНИЗМОВ РЕГУЛЯЦИИ НОВООБРАЗОВАНИЯ РЯДА АМИНОКИСЛОТ У МИКРООРГАНИЗМОВ ПОКАЗАЛО, ЧТО КОНЕЧНЫЕ ПРОДУКТЫ МЕТАБОЛИЧЕСКИХ ПУТЕЙ НЕ ТОЛЬКО ИНГИБИРУЮТ АКТИВНОСТЬ ФЕРМЕНТОВ ПЕРВЫХ СТАДИЙ ПРОЦЕССА, НО И ТОРМОЗЯТ БИОСИНТЕЗ ФЕРМЕНТОВ ПОСЛЕДНИХ СТАДИЙ, Т.Е. ПОМИМО АМИНОКИСЛОТ У МИКРООРГАНИЗМОВ РЕГУЛИРУЕТСЯ НОВООБРАЗОВАНИЕ МНОГИХ ПЕРВИЧНЫХ МЕТАБОЛИТОВ. ОБНАРУЖЕННЫЙ ФЕНОМЕН НАЗВАН РЕПРЕССИЕЙ, А ФЕРМЕНТЫ, БИОСИНТЕЗ КОТОРЫХ ТОРМОЗИТСЯ ПОД ВЛИЯНИЕМ НИЗКОМОЛЕКУЛЯРНЫХ МЕТАБОЛИТОВ, ПЕРЕВОДЯЩИХ РЕПРЕССОРНЫЙ БЕЛОК В АКТИВНУЮ ФОРМУ, СПОСОБНУЮ ОККУПИРОВАТЬ ЗОНУ ПЕРВОНАЧАЛЬНОГО СВЯЗЫВАНИЯ РНК-ПОЛИМЕРАЗЫ (ОПЕРАТОР), НАЗЫВАЕТСЯ РЕПРЕССИБЕЛЬНЫМ (ГЛУТАМИНСИНТЕТАЗА, ТРИПТОФАНСИНТЕТАЗА, ОРНИТИНКАРБАМИЛТРАНСФЕРАЗА, УРЕАЗА И ДР.). 

В СРАВНЕНИИ С РЕТРОИНГИБИРОВАНИЕМ РЕГУЛЯЦИЮ ОБРАЗОВАНИЯ АНАБОЛИЧЕСКИХ ФЕРМЕНТОВ. • ЕСЛИ КОНЦЕНТРАЦИЯ КОНЕЧНОГО ПРОДУКТА УМЕНЬШАЕТСЯ ДО ОПРЕДЕЛЕННОГО ОЧЕНЬ НИЗКОГО УРОВНЯ, ТО ПРОИСХОДИТ ДЕПРЕССИЯ ФЕРМЕНТА, Т.Е. СКОРОСТЬ ИХ БИОСИНТЕЗА ВОЗРАСТАЕТ ДО НЕОБХОДИМОЙ ВЕЛИЧИНЫ. 

ИЗМЕНЕНИЕ ФАКТОРОВ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ, КАЖДЫЙ ИЗ КОТОРЫХ, ВЗАИМОДЕЙСТВУЮ ПО АЛЛОСТЕРИЧЕСКОМУ МЕХАНИЗМУ С ОПРЕДЕЛЕННЫМИ РЕГУЛЯТОРНЫМИ БЕЛКАМИ, МОДЕЛИРУЕТ ПРОМОТОРНУЮ СПЕЦИФИЧНОСТЬ РНК-ПОЛИМЕРАЗЫ, ЗАПУСКАЯ, ЭКСПРЕССИЮ ОПРЕДЕЛЕННОГО НАБОРА ГЕНОВ. • ТАКИМ ОБРАЗОМ, ВЕДУЩИМИ МЕХАНИЗМАМИ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИМИ ЭКОНОМИЧНОСТЬ ОБРАЗОВАНИЯ ПРОДУКТА В КЛЕТКАХ МИКРООРГАНИЗМОВ, ЯВЛЯЕТСЯ РЕТРОИНГИБИРОВАНИЕ И РЕПРЕССИЯ, БАЗИРУЮЩИЕСЯ НА ПРИНЦИПЕ ОБРАТНОЙ СВЯЗИ.

МИКРООРГАНИЗМА ВЫРАБАТЫВАЕТ ФЕРМЕНТЫ ДЛЯ УСВОЕНИЯ ЛИШЬ ОДНОГО, НАИБОЛЕЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНОГО СУБСТРАТА – КАТАБОЛИТНАЯ РЕПРЕССИЯ, ЗАКЛЮЧАЮЩАЯСЯ В ПОДАВЛЕНИИ БИОСИНТЕЗА ФЕРМЕНТОВ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИХ МЕТАБОЛИЗМ ОДНОГО ИСТОЧНИКА УГЛЕРОДА ДРУГИМ. ЭКСПРЕССИЯ ФЕРМЕНТОВ РЕГУЛИРУЕТСЯ БЕЛКОМ-РЕПРЕССОРОМ, ПРОСТРАНСТВЕННО УДАЛЕННЫМ ОТ ГЕНА-ОПЕРАТОРА. БЕЛОК-РЕПРЕССОР, БУДУЧИ ПРИСОЕДИНЕН К ГЕНУ-ОПЕРАТОРУ, ПРЕПЯТСТВУЕТ ТРАНСКРИПЦИИ СТРУКТУРНЫХ ГЕНОВ.

Y, И А ( ОТВЕЧАЮТ ЗА ВЗАИМОЗАВИСИМЫЙ СИНТЕЗ Β – ГАЛАКТОЗИДАЗЫ, ГАЛАКТОЗИЛПЕРМЕАЗЫ И АЦЕТИЛТРАНСФЕРАЗА), КОНТРОЛИРУЮЩИХ МЕТАБОЛИЗМ ЛАКТОЗЫ В КЛЕТКЕ. ЭКСПРЕССИЯ ФЕРМЕНТОВ РЕГУЛИРУЕТСЯ БЕЛКОМ – РЕПРЕССОРОМ – ПРОДУКТОМ ГЕНА – РЕГУЛЯТОРА (R), ПРОСТРАНСТВЕННО УДАЛЕННОГО ОТ ГЕНА – ОПЕРАТОРА (О). СУБЪЕДИНИЦЫ РЕПРЕССОРА ВОЗНИКАЮТ С ПОСТОЯННОЙ СКОРОСТЬЮ. РЕПРЕССОР ОБЛАДАЕТ ВЫСОКИМ СРОДСТВОМ К СООТВЕТСТВУЮЩЕМУ ОПЕРАТОРУ. ИМЕННО БЕЛОК – РЕПРЕССОР, БУДУЧИ ПРИСОЕДИНЕН К ГЕНУ – ОПЕРАТОРУ, ПРЕПЯТСТВУЕТ ТРАНСКРИПЦИИ СТРУКТУРНЫХ ГЕНОВ X, Y, И А.

В ОТСУТСТВИИ ИНДУКТОРА; Б – В ПРИСУТСТВИИ ИНДУКТОРА И ПРИ ДЕФИЦИТЕ ГЛЮКОЗЫ):