AULA Nº 9 – Regulação do MetabolismoAULA Nº 9 – Regulação do Metabolismo

A bactéria tem uma grande capacidade de síntese, no entanto, num dado momento a célula produz apenas o material proteico de que necessita. Para atingir este objectivo, ela recorre a mecanismos de regulação da sua própria produção proteica.

Por exemplo, se a bactéria for inoculada num meio simples (glucose) vai ter de metabolizar este monossacarídeo de forma a obter todos os produtos de que necessita. Então todos os processos de catabolismo e anabolismo desenvolvidos pela bactéria têm de ser estritamente controlados para que esta não gaste recursos sem necessidade.

Essa regulação pode ser realizada a 2 níveis:

1) Regulação da actividade enzimática2) Regulação da quantidade de proteínas

Dentro da regulação da actividade enzimática temos 2 mecanismos:

1.1) Regulação Alostérica1.2) Modificação covalente de enzimas por adição de grupos

1.1) Regulação Alostérica

As enzimas reguladas alostericamente participam em quase todas as vias metabólicas e geralmente catalisam uma reacção irreversível no início da via. Quanto à sua estrutura, são oligoméricas, ou seja, compostas por várias cadeias polipeptídicas. A actividade destas enzimas pode ser controlada por um ligando que se associa à enzima de forma não-covalente numa zona específica mudando a sua conformação

Fig 9.1: Regulação Alostérica

Os efectores ou moduladores alostéricos, podem ser positivos (aumento da velocidade de reacção) ou negativos (diminuição da velocidade de reacção). Portanto o modulador alostérico pode actuar tanto como inibidor como activador da reacção enzimática.

É comum que o produto final de uma via metabólica actue como modulador alostérico negativo da enzima que catalisa as primeiras reacções da via. Portanto quando a concentração deste produto aumenta este age como um inibidor alostérico, diminuindo a velocidade da reacção catalisada pela enzima e a sua própria produção final . Este mecanismo designa-se inibição por retroalimentação ou feedback negativo. Quando o produto final começa a ser consumido a sua concentração diminui, e deixa de exercer a acção inibitória sobre a enzima cessando o feedback negativo.

Por exemplo a enzima aspartato carbamiltransferase sofre regulação alostérica por parte do último produto da via, o CTP, e também pelo ATP os quais funcionam como moduladores negativo e positivo, respectivamente, alterando a afinidade da enzima para o seu substrato (quanto < o Km > é a afinidade).

Fig 9.2: Regulação alostérica da enzima aspartato carbamiltransferase

1.2) Modificação covalente de enzima por adição de grupos

Ocorre quando há modificação covalente da enzima, com conversão entre formas activa/inactiva. O processo ocorre principalmente por adição/remoção de grupos fosfato.

Nota: Glicogénio = (Glucose)n ; a modificação estrutural ocorre pela adição do um grupo fosfato ficando a enzima na forma activa, o mecanismo é reversível.

Fig 9.3: Glicogénio Fosforilase

Dentro da regulação da quantidade de proteína temos várias opções:

2.1) - Controlo ao nível da transcrição de DNA para RNAm.

2.1.1) no inicio da transcrição (operão lactose e triptofano)

2.1.2) no meio da transcrição (terminação prematura da transcrição)

2.2) - Controlo a nível da tradução

2.3) – Manutenção das proteases (são produzidas para controlar a quantidade de proteína)

Qual a melhor estratégia?

-» Comparando os tempos médios de vida de um RNAm (1 a 2 min) e de uma proteína normal (dias) é fácil concluir que a regulação da quantidade das de proteínas é feita por mecanismos de regulação genética. Especialmente mecanismos de regulação da transcrição do DNA em RNAm (inicio), pois este é mais fácil de monitorizar do que uma proteína madura.

Alguns Conceitos:

Transcriptoma: conjunto de todos os transcritos ou seja RNA’s.

Operão: (unidade de transcrição que só tem um RNAm com vários genes regulados pelo mesmo promotor)

Lactose: dissacarideo (glucose+galactose) degradada pela β-galactosidase

Regulação da síntese do RNAm

Nas bactérias, os genes que codificam funções associadas a uma via metabólica estão geralmente agrupados em unidades funcionais de transcrição, os operões. Os genes de um operão são transcritos numa única molécula de RNA mensageiro a partir de um único promotor.

Fig 9.4: Operão Lactose

A transcrição de um operão pode estar sob controlo negativo ou positivo. A transcrição dos genes que estão sob um controlo negativo está dependente de uma proteína reguladora (repressor). A ligação especifica do repressor a uma sequencia de DNA situada a jusante do promotor (operador) não permite que a RNA polimerase transcreva

os genes do operão. Os genes, que estão sob o controlo positivo, necessitam de um activador da transcrição. Este activador liga-se a uma região especifica, habitualmente a montante da região central do promotor e assiste a RNA polimerase na transcrição. Na ausência desse activador, a RNA polimerase não consegue transcrever o operão.

O operao lactose está sob o controlo negativo de um repressor que, ao fixar-se à região operadora, inibe a transcrição do gene da β-galactosidase, enzima que degrada a lactose em glucose e galactose. Na presença da lactose o repressor perde a afinidade para o operador em virtude da mudança de conformação resultante da ligação do repressor a este dissacarideo.

A ausência do repressor na região operadora deixa o caminho livre à RNA polimerase para transcrever o operão. O operão lactose é um operão indizível e a lactose é um agente indutor.

Fig 9.4: Operão Triptofano

O operão triptofano está também sob o controlo negativo de um repressor, mas este só é eficaz na presença de triptofano. Na ausência deste aminoácido o repressor não tem afinidade para a região operadora e por isso não há inibição da transcrição. O operão triptofano é um operão repressivel e o triptofano co-repressor.

Um operão pode ser regulado por diversos mecanismos. O operão lactose, por exemplo, é regulado positivamente pela proteína CAP (Proteína Activadora do Catabolismo), mutações nesta proteína inibem a síntese da β-galactosidase mesmo na presença de lactose.

A transcrição de um operão pode ser controlada por um controlo negativo ou por um controlo positivo. Por exemplo, o operão lactose da E. coli pode ser também regulado por um controlo positivo. Esta bactéria, num meio de cultura contendo glucose e lactose (1:10), sintetiza muito poucas moléculas de β-galactosidase (enzima que degrada a lactose nos seus constituintes, glucose e galactose). Contudo, quando se esgota a glucose do meio, a produção de β-galactosidase vai gradualmente aumentando. A 1ª interpretação deste fenómeno foi de que um catabolito da degradação da glucose seria o responsável pela inibição da síntese do RNAm da β-galactosidase. Consequentemente, chamou-se a este fenómeno de repressão catabólica.

Estudos posteriores vieram mostrar que a causa da fraca produção da β-galactosidase não era a existência de um mecanismo de repressão da transcrição. Em carência de glucose, a E. coli sintetiza um nucleótido invulgar, o AMPc, e um aumento da concentração desta molécula é um factor fundamental para a indução da transcrição de inúmeros genes que participam na metabolização da lactose. Na indução da transcrição do operão lactose é necessário ainda a participação de uma outra proteína camada CAP. O AMPc liga-se à proteína CAP, activando-a e mudando a sua conformação. Este complexo AMPc-CAP liga-se a uma região a montante do promotor Lac, o sitio CAP, e interage com a RNA polimerase activando a transcrição do operão lactose. Este é um mecanismo de controlo positivo: o complexo AMPc-CAP. Na presença de glucose os níveis de AMPc baixam, não se formando o

complexo activador AMPc-CAP. Nesta situação mesmo na presença do indutor (a lactose) os níveis celulares de β-galactosidase são baixos.

Conclusão: Numa situação com glucose + lactose a E. Coli não produz AMPc, assim não há activação do sítio CAP, logo não ocorre a transcrição.

Bibliografia usada para a aula nº 9:

Wanda F. Canas Ferreira e João Carlos F. de Sousa. Microbiologia,

Volume 1. 1998. Lidel, Edições Técnicas.

_Capítulo 8_

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