RegulaRegula çção do ão do MetabolismoMetabolismo

UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIUNIVERSIDADE FEDERAL DE VI ÇÇOSAOSADepartamento de MicrobiologiaDepartamento de MicrobiologiaMBI 100 MBI 100 –– Microbiologia GeralMicrobiologia Geral

ObjetivosObjetivos

AoAo final final destadesta aula o aula o estudanteestudante deverdever áá ser ser capazcapaz de:de:

1. Identificar os mecanismos de regulação das enzimas nas vias metabólicas. Reconhecer enzimas constitutivas e induzidas

2. Relembrar o princípio da regulação da atividade enzimática e reconhecer as enzimas alostéricas.

3. Explicar, usando o modelo do operon lac, a regulação da expressão de genes

4. Explicar o mecanismo que favorece o crescimento da E. coli em glicose em detrimento de outro açúcar presente no meio (Repressão catabólica)

1. Visão geral da regulação do metabolismo microbia no

Importante!

Em geral, o número de genes é maior do que o de proteínas presentes nas células microbianas

Qual é a razão?

A expressão de muitos genes é regulada em função das condições ambientais

Nem todos os genes são expressos constitutivamente

1. Visão geral da regulação do metabolismo microbia no

Constitutiva ou Induzida

Mecanismos de regulação?

Exemplo: Genes que codificam

enzimas das vias metabólicas

centrais

Exemplo: Genes que codificam

enzimas envolvidas com

respostas àvariação do ambiente

Regulação do METABOLISMO = Regulação ENZIMAS (proteínas)

1. Visão geral da regulação do metabolismo microbia no

As células microbianas respondem as alterações do ambiente

• Tipo e disponibilidade de nutrientes

• Osmolaridade

• pH

• Temperatura

• Disponibilidade de aceptores terminais de elétrons

1. Visão geral da regulação do metabolismo microbia no

� Atividade da proteína

Existem dois mecanismos básicos de regulação em uma célula microbiana

� Expressão da proteína

- Controle da transcrição (Procariontes e Eucariontes)

- Controle do processamento de RNA (Eucariontes)

- Controle de transporte de RNA (Eucariontes)

- Controle da tradução (Procariontes e Eucariontes)

- Controle pós-traducional (Procariontes e Eucariontes)

1. Visão geral da regulação do metabolismo microbia no

Gene

RNA

Controle transcricional

Proteína

Controle da tradução

Controle pós- traducional

Procariontes

Como a expressão gênica é regulada?

1. Visão geral da regulação do metabolismo microbia no

Como a expressão gênica é regulada?

Gene

Transcrito primário

Controle da transcrição

Proteína

Controle do processamento de RNA

Controle pós- traducional

EucariontesNúcleo

Citoplasma

Transcrito maduro

Controle do transporte de RNA

Controle da tradução

2. Regulação da atividade enzimática

2.1 Ligação não covalente de intermediários metaból icos a enzimas alostéricas

Inibição por retroalimentação ( Feedback )

Fosfoenolpiruvato

+ Eritrose-4-P

DAHP * Phe

Trp

TyrAroF

AroG

AroH

DAHP sintetase (Via de biossíntese de aminoácidos aromáticos)

-

-

-

Regulação de isoenzimas

* 3-desoxi-D-arabino-heptulosonato 7-fosfato

Glicose-6-P

Glicose

Frutose-6-P

AMP (-) (-) Fosfoenolpiruvato(+) ADP

Frutose-1,6-difosfato

Triose-3-fosfato

1,3 difosfoglicerato

3-fosfoglicerato

2-fosfoglicerato

Fosfoenolpiruvato

Piruvato

Glicólise

Acetil-CoA(-)NADH(-)

Fosfoenolpiruvato(+)AMP(+)

Acetil-CoANADH (-)

α-cetoglutarato(-)

Aspartato(-)Acetil-CoA(+)

Ciclo do TCA

citrato

Oxaloacetato

Fumarato Succinato

Succinil-CoA

α-cetoglutarato

Malato

isocitrato

VMC:VMC:Alguns pontos Alguns pontos de regulade regula ççãoão

alostalost ééricaricaRegulação positiva

e negativa

2. Regulação da atividade enzimática

2.2 Modificação covalente

� Adenilação

Glutamina sintetase

↑ [ ] amônia

Glutamina sintetase-AMP

ATPPPi

AdenilTransferase

Inativa

2. Regulação da atividade enzimática

2.2 Modificação covalente

� Fosforilação

Isocitratodesidrogenase

Crescimento em acetato

IsocitratoDesidrogenase-

P

ATP ADP

Parcialmente inativa

3. Regulação da expressão gênica

Em bactérias: operon

3. Regulação da expressão gênica

Relembrando como ocorre o início da transcrição

•• ApApóós a ss a sííntese de 8 a 9 ntese de 8 a 9 pbpb, o fator sigma , o fator sigma éé liberado liberado

3. Regulação da expressão gênica

3.1 Repressão da transcriçãoAusência de lactose

Adição de lactose: ocorre a indução

Alolactose

Alolactose

Isômero da lactose

3. Regulação da expressão gênica

3.1 Repressão da transcriçãoAusência de arginina

Arginina

Arginina

3. Regulação da expressão gênica

3.2 Ativação da transcriçãoAusência de maltose

Presença de maltose

4. Regulação do operon da lactose (operon lac)

Jacob e MonodPrêmio Nobel

1965

Repressãocatabólica

Crescimento diaúxico

4. Regulação do operon da lactose (operon lac)

Como ocorre a repressão catabólica ?

promotor lacZ lacY lacAoperadorsítio PCA

RNA polimerase

PCA

Glicose e lactose

RepressorlacI

Transcrição em nível basal

cAMP

↓ concentração

Repressãocatabólica

4. Regulação do operon da lactose (operon lac)

promotor lacZ lacY lacAoperadorsítio PCA

Glicose é consumida

Alta taxa de Transcrição

alolactose

PCA

cAMP

↑ concentração

RepressorlacI

RNA polimerasePCA

RepressorlacI

5. Repressão catabólica

Repressão Catabólica: uso preferencial de determinadas fontes de carbono

Note que na presença de glicose a adenilato ciclase n ão é muito estimulada

Mecanismo de exclusão do Indutor