18.Молекулярно-генетичне підтримування гомеостазу клітинного середовища

Синтез ряду ферментів залежить від умов середовища, в яких знаходиться клітина (такі ферменти називають індуцибельними). Виявилося, що сама речовина (субстрат), яка надходить у клітину з навколишнього середовища, є індуктором вмикання оперону Субстрат з'єднується з білком-репресором оперону, переводить його в неактивну форму (відокремлює від гена-оператора). Отже, оперон вмикається і починається транскрипція з усіх структурних генів, внаслідок чого синтезуються необхідні ферменти, які розщеплюють даний субстрат. Хоча ген-регулятор продовжує синтез нових молекул білків-репресорів, вони зв'язуються з субстратом і ген-оператор залишається вільним, а оперон - ввімкненим. Поки в середовищі є субстрат, доти утворюється фермент, який його розщеплює. Якщо ж субстрат у середовищі буде витрачений, репресор не інактивується. Він приєднується до оператора ДНК і блокує роботу структурних генів. Синтез ферментів може не тільки індукуватися, але й пригнічуватися. Наприклад, в результаті ланцюга реакцій у клітині утворюється кінцевий продукт "Д" у більшій кількості, ніж це необхідно клітині. Це може порушити нормальний хід реакцій обміну, тому в клітині виникає необхідність зупинити даний процес. Речовина "Д" вступає в реакцію з відповідним білком-репресором і переводить його в активний стан. Після цього відбувається приєднання репресора до гена-оператора, тим самим вимикається вся система оперону і синтез ферментів припиняється. Таким чином, гальмування синтезу здійснюється кінцевим продуктом, що утворюється в результаті реакції. Це приклад позитивної регуляції. Такий механізм дії називається регуляцією за принципом зворотного зв'язку. На основі цього контролюється синтез тих ферментів, які потрібні за даних умов. Наприклад, відповідно до наявної генетичної програми кишкова паличка може синтезувати кілька десятків ферментів, що розщеплюють різні речовини, оскільки склад середовища, який оточує бактерії, дуже мінливий. За цих умов постійне утворення ферментів було б неекономічним для клітини, тому що недоцільно утворювати одночасно 60-80 ферментів, iз яких за даних умов середовища можуть знадобитися лише 6-8. У природі добір відбувається за принципом найбільшої економії, тому клітини, що функціонують більш економічно, краще пристосовуються і швидше розмножуються. Це призвело до виникнення й удосконалення системи регуляції метаболізму.