la Regolazione e il Controllo del Metabolismo dei Batteri (pagina 5)
(Questo capitolo è di 5 pagine)
© Kenneth Todar, Dottorato di ricerca
la Repressione Catabolite
Induzione Enzimatica è ancora considerato una forma di negativo controlbecausethe effetto della molecola regolatrice (attivo repressore) è todecreaseor regolare il tasso di trascrizione. La cataboliterepressione è un tipo di controllo positivo della trascrizione, poiché una proteina regolatoria influisce su un aumento (sovraregolazione) del tasso di trascrizione di un operone. Il processo è stato scoperto in E. coli ed eraoriginalmentesi riferivano a come l’effetto glucosio perché si è scoperto che il glucosoripressava la sintesi di alcuni enzimi inducibili, anche se l’induttore della via era presente nell’ambiente. La scoperta è stata fatta durante lo studio della regolazione dell’operone lac in E. coli.Poiché il glucosio è degradato da enzimi costitutivi e il lattosio è inizialmente degradato da enzimi inducibili, cosa accadrebbe se il batterio venisse coltivato limitando le quantità di glucosio e lattosio? Un grafico del tasso di crescita batterica è risultato in una curva di crescita diauxica che ha mostrato due fasi distinte di crescita attiva (figura 9). Durante la prima fase di crescita esponenziale, ilbatteriautilizzare il glucosio come fonte di energia fino a quando tutto il glucosio èesaurito.Quindi, dopo una fase di ritardo secondaria, il lattosio viene utilizzato durante un secondo stadio di crescita esponenziale.
Figura 9. La crescita diauxicacurva di E. coli coltivato in concentrazioni limitanti di una misturadiglucosio e lattosio
Durante il periodo di utilizzo del glucosio, il lattosio non viene utilizzatobecausale cellule non sono in grado di trasportare e fendere il lattosio disaccaride.Il glucosio è sempre metabolizzato prima di preferenza ad altri zuccheri. Onlyafter glucosio è completamente utilizzato è lattosio degradato. Il lattoseoperonè represso anche se il lattosio (l’induttore) è presente. Theecologicalrationale è che il glucosio è una migliore fonte di energia di lactosesinceits utilizzo richiede due meno enzimi.
Solo dopo che il glucosio è esaurito sono gli enzimi per la lattoseutilizzazionesintetizzati. Il ritardo secondario durante la crescita diauxica rappresenta il tempo necessario per la completa induzione dell’operone lac e la sintesi degli enzimi necessari per l’utilizzo del lattosio (permasi del lattosio e beta-galattosidasi).Solo allora la crescita batterica si verifica a scapito del lattosio. Dal momento che la disponibilità di glucosio reprime gli enzimi per la lattoseutilizzazione, questo tipo di repressione divenne noto come repressione catabolital’effetto glucosio.
Il glucosio è noto per reprimere un gran numero di enzimi inducibili in molti batteri diversi. Il glucosio reprime l’induzione di inducibleoperons inibendo la sintesi di AMP ciclico (cAMP), un nucleotidethatis richiesto per l’inizio della trascrizione di un gran numero di sistemi diinducibleenzyme compreso l’operone di lac.
Il ruolo di un campo ciclico è complicato. cAMP è richiesto di attivareuna proteina allosterica chiamata CAP (catabolite activator protein) che si lega al sito del CAP promotore e stimola il legame della RNAppolimerasi al promotore per l’inizio della trascrizione. Pertanto, per promuovere in modo efficace la trascrizione genica dell’operone lac, non solo il lattosio deve essere presente per inattivare il repressore lac, ma il CAMP deve legarsi facilmente al CAP che si lega al DNA per facilitare la trascrizione. Inla presenza di glucosio, l’attività dell’adenilato ciclasi (AC) è bloccata. ACis richiesto per sintetizzare cAMP da ATP. Pertanto, se i livelli del CAMPO sono bassi, il CAP è inattivo e la trascrizione non si verifica. Inl’assenza di glucosio, i livelli di CAMP sono alti, il CAP viene attivato dal CAMP e si verifica la trascrizione (in presenza di lattosio).
Molti promotori controllati positivamente, come il promotore lac, non sono pienamente funzionanti in presenza del solo RNAp e richiedono l’attivazione da parte del CAP. CAP è codificato da un gene regolatore separato, ed è presente livelli incostituzionali. CAP è attivo solo in presenza di campo. Il legame di cAMP a CAP provoca un cambiamento conformazionale nella proteina che consente di legarsi al promotore vicino al sito di legame RNAp. CAP può apparentemente interagire con RNAp per aumentare il tasso di trascrizione dell’operone circa 50 volte.Il controllo positivo dell’operone lac è illustrato nella Figura 10.
Figura 10. Cataboliterepressioneè un controllo positivo dell’operone lac. L’effetto è un aumento delrato di trascrizione. In questo caso, la proteina CAP viene attivata dacampo per legarsi all’operone lac e facilitare il legame del RNA polimerico al promotore per trascrivere i geni per l’utilizzo del lattosio.
Come forma di repressione dei cataboliti, l’effetto glucosio serve una funzione utile nei batteri: richiede alle cellule di utilizzare la migliore fonte di energia disponibile. Per molti batteri, il glucosio è il più comune e prontoutilizzabilesubstrato per la crescita. Quindi, inibisce indirettamente la sintesi dienzimiche metabolizzano fonti di energia più povere.
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