- •1. Введение
- •2. Основные термины и определения
- •3. Роль регуляторных механизмов в поддержании клеточного гомеостаза
- •4. Типы регуляции
- •5. Практическое использование знаний об основах регуляции метаболизма у микроорганизмов
- •1. Способ регуляции метаболических процессов, основанный на избирательном синтезе ферментов
- •2. Регуляция репликации днк
- •3. Регуляция процесса транскрипции. Механизмы индукции и репрессии
- •4. Другие механизмы регуляции транскрипции у микроорганизмов
- •1. Избирательный синтез ферментов за счет регуляции процесса трансляции у микроорганизмов
- •2. Биосинтез и сборка компонентов аппарата трансляции
- •3. Регуляция функционирования аппарата трансляции
- •4. Способы регуляции биосинтеза и круговорота белков у микроорганизмов путем посттрансляционной модификации и избирательного протеолиза
- •1. Способ регуляции метаболических процессов у микроорганизмов, основанный на изменении активности ферментов
- •2. Простые и регуляторные ферменты
- •3. Аллостерические ферменты и эффекторы
- •4. Гомотропная и гетеротропная кооперативность
- •5. Обратимая ковалентная модификация
- •1. Специфические механизмы регуляции активности ферментов у микроорганизмов. Регуляция путей биосинтеза и промежуточного обмена
- •2. Роль энергетического заряда в регуляции клеточного метаболизма
- •3. Регуляторные эффекты Пастера и Крэбтри
- •4. Регуляция метаболической активности за счёт компартментализации ферментов и их взаимодействия с клеточными мембранами
- •1. Пассивная проницаемость и транспортные функции цитоплазматической мембраны бактерий
- •2. Энергетика транспортных процессов у микроорганизмов
- •3. Организация и регуляция транспортных процессов на уровне биосинтеза. Сборка и функционирование компонентов транспортных систем
- •1. Общая характеристика процесса клеточного деления
- •2. Накопление критической клеточной массы и репликация днк генома
- •3. Построение клеточной оболочки и перегородки
- •4. Взаимоотношение репликации днк и сборки клеточной перегородки
- •1. Скорость метаболизма в процессе клеточного деления
- •2. Выявление «узких мест» в метаболизме микробной клетки
- •3. Связь скорости роста микроорганизмов с биосинтезом стабильных форм рнк
- •4. Взаимосвязь регуляторных механизмов и их реализация в развивающихся микробных клетках
- •5. Регуляция межклеточных взаимодействий
- •1. Общая характеристика методологических подходов к решению научных проблем регуляции метаболизма микробных клеток
- •2. Классификация методов изучения регуляции метаболической активности
- •3. Методические особенности изучения скорости роста и активности транспортных систем у микроорганизмов
- •4. Методы изучения регуляции клеточного метаболизма с использованием мутантных микроорганизмов
- •Практика
- •Вводная часть
- •Основные термины и определения
- •1 Подготовка бактериальных клеток к анализу
- •1.1 Интактные клетки
- •1.1.1 Растущие клетки
- •1.1.2 Покоящиеся клетки
- •1.1.3 Голодающие покоящиеся клетки
- •1.2 Проницаемость клеток
- •1.2.1 Обработка растворителями
- •1.2.2 Обработка хелатообразующими агентами
- •1.3 Препараты дезинтегрированных клеток
- •1.3.1 Разрушение клеток под действием осмотических сил
- •1.3.2 Дезинтеграция
- •2 Изучение метаболической активности микроорганизмов. Общая характеристика условий эксперимента
5. Регуляция межклеточных взаимодействий
Прокариоты синтезируют вещества, регулирующие не только внутриклеточный метаболизм, но и межклеточные взаимодействия. Особенностями этих веществ, называемых ауторегуляторами, являются выделение их в окружающую среду, проявление биологической активности в очень низкой концентрации (10-9 - 10-12 М) и воздействие не на организмы иного вида, а на другие особи (клетки) того же вида. Ауторегуляторы выделяются клетками прокариот в обычных условиях культивирования и обнаруживают строгую видо- и родоспецифичность.
Например, стадия формирования плодовых тел в жизненном цикле миксобактерий индуцируется ауторегулятором - веществом липидной природы, выделяемом вегетативными клетками. Клетки Myxococcus xanthus выделяют вещества, вызывающие споруляцию этого вида при их концентрации в среде порядка 10-10 М.
Таким образом, прокариотные организмы синтезируют химические вещества-сигналы, регулирующие различные процессы, связанные с межклеточными взаимодействиями в популяции одного вида или даже штамма. Место действия ауторегуляторов — клеточные ферменты. Большинство изученных регуляторов — вещества липидной природы. Это позволяет им легко диффундировать через клеточные мембраны без помощи специальных транспортных систем.
Выявление нового класса веществ – регуляторов жизнедеятельности прокариот на межклеточном уровне важно тем, что позволяет рассматривать эти организмы не просто как популяцию разрозненных клеток, но и указывает на существование более высокого уровня их организации.
Лекция №9
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА МЕТОДОЛОГИЧЕСКИХ ПОДХОДОВ К РЕШЕНИЮ НАУЧНЫХ ПРОБЛЕМ РЕГУЛЯЦИИ МЕТАБОЛИЗМА МИКРОБНЫХ КЛЕТОК. КЛАССИФИКАЦИЯ МЕТОДОВ ИЗУЧЕНИЯ РЕГУЛЯЦИИ МЕТАБОЛИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ. МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ИЗУЧЕНИЯ СКОРОСТИ РОСТА И АКТИВНОСТИ ТРАНСПОРТНЫХ ПРОЦЕССОВ У МИКРООРГАНИЗМОВ. МЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯ РЕГУЛЯЦИИ КЛЕТОЧНОГО МЕТАБОЛИЗМА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МУТАНТНЫХ МИКРООРГАНИЗМОВ
1. Общая характеристика методологических подходов к решению научных проблем регуляции метаболизма микробных клеток
Метаболическая активность бактериальных клеток представляет собой организованную и регулируемую последовательность ферментативных процессов синтеза и распада, ответственных за поддержание, рост, движение и репродукцию микроорганизмов. Эти функции осуществляются за счет источников энергии и других питательных веществ внутри- и внеклеточного происхождения. Метаболические системы, лежащие в основе указанных функций, изучают с помощью разнообразных методов. К выяснению вопроса о том, подвергается ли фермент одному или нескольким процессам регуляции метаболизма можно переходить только после точного, чувствительного и стандартизированного определения активности этого фермента.
Выбор методов изучения проблем регуляции метаболизма у каждого конкретного вида (штамма) микроорганизмов зависит от:
1) степени изученности данного микроорганизма (штамма), его питательных потребностей, условий роста и размножения;
2) типа метаболизма и принадлежности к определённой группе (отношение к кислороду - аэроб, анаэроб, факультативный анаэроб, тип питания - opганотрофный, хемолитотрофный и т.д.);
3) структурно-функционального объекта исследования (отдельный фермент или мультиферментный комплекс, функции транспорта или деления, мембрана или рибосомальный аппарат и т.д.);
4) конкретных целей планируемого эксперимента.