Кратко: при дефиците фосфата в дрожжевой культуре прежде всего срабатывает PHO-регулон и связанные с ним сигнальные сети; это приводит к транскрипционной и посттранскрипционной перенастройке обмена веществ, мобилизации запасов фосфата и сокращению синтеза фосфорсодержащих макромолекул — в результате замедляется рост и меняется профиль продукции биомолекул.
Какие регуляторные механизмы могли сработать (с примерами)
- PHO-путь (основной у S. cerevisiae): сенсор дефицита активирует ингибитор белкового киназного комплекса Pho80–Pho85 (через Pho81), приводит к дефосфорилированию и ядерной локализации фактора транскрипции Pho4 → индукция генов PHO (например, PHO5 — кислая фосфатаза, PHO84 — высокоаффинный транспортер Pi).
- Мобилизация полифосфатов: деполимеризация поли‑P (вакуолярные запасы) с ферментами типа exopolyphosphatase → ${(\mathrm{Pi})}_n+H_{2}O\to {(\mathrm{Pi})}_{n-1}+\mathrm{Pi}$.
- Сигнальные кросс‑токи: TORC1/PKA/Snf1 меняют синтез рибосомных белков, а также трансляцию и автoфагию при общем энергетическом/стрессовом ответе.
- Транскрипционная регуляция и ремоделирование хроматина: активация/репресия комплексов, ответственных за биогенез рибосом и нуклеотидов.
- Посттранскрипционные и посттрансляционные механизмы: изменение стабильности мРНК, фосфорилирование/убиквитинирование ферментов, переключение изоформ ферментов.
- Метаболическая экономия фосфора: переключение путей на реакции с меньшим потреблением Pi (в других организмах — замена ATP‑зависимых шагов на PPi‑зависимые), усиление ферментов‑сборщиков фосфата (секретируемые фосфатазы).
- Мембранный ремоделинг/замещение фосфолипидов: снижение синтеза фосфолипидов и (в ряде микроорганизмов) замена на неп-фосфорсодержащие липиды или перераспределение липидов.
Ключевые молекулярные события (коротко)
- Ограничение Pi снижает доступность субстрата для синтеза ATP: $\mathrm{ADP}+{\mathrm{P}}_{\mathrm{i}}\to \mathrm{ATP}$ — следовательно энергетический статус клеток падает.
- Репрессия синтеза рРНК/рибосом → уменьшение трансляционной мощности.
- Индукция секреции и поверхностных транспортеров для захвата органического и неорганического Pi.
Последствия для роста и продукции биомолекул
- Снижение скорости роста и биомассы: меньше нуклеотидов и энергоёмких компонентов → удлинение времени генерации и возможная остановка в G1.
- Снижение синтеза фосфорсодержащих биомолекул: нуклеотидов (меньше репликации/транскрипции), фосфолипидов (изменённая мембранная композиция).
- Перераспределение углеродного потока: больше углерода уходит в запасы (гликоген/треалозу) или в побочные метаболиты, меньше — в ростовые пути.
- Увеличение секреции фосфатаз и ферментов-«сканнеров» Pi; возможное повышение деградации внутриклеточных полифосфатов и РНК/фосфорилов для восстановления Pi.
- Влияние на продукцию целевых биомолекул (рекомбинантные белки, метаболиты): обычно падает выход из‑за уменьшенной трансляции и биомассы; профиль продуктов может смещаться (меньше фосфорсодержащих метаболитов, изменение липидного профиля).
- Возможные побочные эффекты: повышенный окислительный стресс, геномная нестабильность при хроническом дефиците нуклеотидов.
Краткая практическая интерпретация: наблюдаемый сдвиг в экспрессии ферментов типичен для активации PHO‑регулона и сигналов экономии фосфора; ожидайте замедление роста, уменьшение синтеза нуклеотидов и фосфолипидов, усиление секреции фосфатаз и перераспределение потоков метаболизма.