阻遏蛋白的活性受到小分子誘導的控制
細菌對環境的改變必需作出迅速的反應。營養供給隨時都可能發生變化,反復反常。要能得以幸存必需具有可以變換不同代謝底物的能力。單細胞真核生物也同樣生活在不斷變化環境中;而更為復雜的多細胞生物都具有一套恒定的代謝途徑,而無需對外部環境作出反應。
在細菌中是很需要靈活性,也需要很經濟,因為細菌遇到合適的環境就大量消耗營養對其本身也是不利的。在缺乏底物時就不必要合成大量相關的酶類,因此細菌產生了一種調節機制,即在缺乏底物時就阻斷酶的合成途徑,但同時又作好了準備,一旦有底物存在就立即合成這些酶。
特殊底物的存在導致了酶的合成,此現象稱為誘導(induction)。這種類型的調控廣泛存在于細菌中,在較低等的真核生物(如酵母)也有這種情況。E.coli的乳糖操縱子提供了這種調控機制的典型范例。
當E.coli生長在缺乏β一半乳糖苷的條件下是不需要β-半乳糖苷酶的,因此細胞中含量很低,大約每個細胞不高于5個分子,當加入底物后細菌中十分迅速地合成了這種酶,僅在2-3分鐘之內酶就可以產生并很快增長到5000個分子/每個細胞。如在酶的濃度將達到細胞總蛋白的5-10%。如在培養基中除去底物,那么酶的合成也就迅速停止,恢復到原來的狀態。
如果原來培養基中無乳糖,也無葡萄糖,那么細胞只在很低的基本水平合成β-半乳苷酶和透性酶。當加入Lac后,Ecoli的lac+ 細胞很快大量合成以上兩種酶。進一步用32P標記mRNA作雜交實驗(用λlac中的取得的DNA,與加入乳糖后不同時間內產生的32P-mRNA進行分子雜交)結果表明加入的乳糖能激發lac的mRNA的合成。lac mRNA極不穩定,其半衰期僅有3分鐘,這個特點隨著誘導很快的恢復。當誘導物一除去轉錄立即停止,在很短的時間內所有的lac mRNA即被降解掉,細胞內的含量恢復到基礎水平。
β-半乳糖苷酶和透性酶合成是和lac mRNA同時被誘導的,但當除去誘導物時在細胞中β-半乳糖苷酶和透性酶要比lac mRNA穩定,因此酶的活性在一段較長的時間內保持被誘導水平。這種對營養供給發生改變作出迅速反應的調控類型,不僅提供了代謝新底物的能力,而且習慣于關閉在培養基中實然加入的一些成份的內部合成。比如E.coli的Trp的合成是通過Trp合成酶的作用。如果在細菌生長的培養基中加入Trp的話,那么立即停止Trp合成酶的生產。這種作用稱為阻遏(repression)效應。它使細菌避免合成多余的物質。
在細菌中同時存在著誘導和阻遏的現象。誘導是細菌調節其分解底物供給生長的能力。阻遏是細菌調節其合成代謝產物的能力。無論是酶作用的小分子底物的調節,還是酶活性的產生,它們的啟動是獨自的,小分子底物稱為誘導物(inducers)某些物質能阻止酶合成它們本身,此物質就稱輔阻遏物(corepressors)。