Repressão catabólica - Catabolite repression
A repressão catabólica de carbono , ou simplesmente repressão catabólica , é uma parte importante do sistema de controle global de várias bactérias e outros microrganismos. A repressão catabólica permite que os microorganismos se adaptem rapidamente a uma fonte preferencial de carbono e energia (rapidamente metabolizável). Isso geralmente é conseguido através da inibição da síntese de enzimas envolvidas no catabolismo de fontes de carbono diferentes da preferida. A repressão catabólica foi primeiro mostrado para ser iniciada pela glicose e, portanto, às vezes referida como o efeito da glicose . No entanto, o termo "efeito da glicose" é, na verdade, um nome impróprio, uma vez que outras fontes de carbono são conhecidas por induzirem a repressão catabólica.
Escherichia coli
A repressão catabólica foi amplamente estudada em Escherichia coli . E. coli cresce mais rápido em glicose do que em qualquer outra fonte de carbono. Por exemplo, se a E. coli for colocada em uma placa de ágar contendo apenas glicose e lactose , a bactéria usará a glicose primeiro e depois a lactose. Quando a glicose está disponível no ambiente, a síntese de β-galactosidase está sob repressão devido ao efeito da repressão catabólica causada pela glicose. A repressão catabólica, neste caso, é conseguida através da utilização do sistema fosfotransferase .
Uma importante enzima do sistema da fosfotransferase, chamada Enzima II A ( EIIA ), desempenha um papel central neste mecanismo. Existem diferentes EIIA específicos para catabólitos em uma única célula, embora diferentes grupos de bactérias tenham especificidades para diferentes conjuntos de catabólitos. Em bactérias entéricas, uma das enzimas EIIA em seu conjunto é específica apenas para o transporte de glicose. Quando os níveis de glicose estão altos dentro da bactéria, a EIIA existe principalmente em sua forma não fosforilada. Isso leva à inibição da adenilil ciclase e da lactose permease , portanto, os níveis de cAMP são baixos e a lactose não pode ser transportada para dentro da bactéria.
Uma vez que a glicose esteja totalmente gasta, a segunda fonte de carbono preferida (isto é, lactose) deve ser usada pelas bactérias. A ausência de glicose "desligará" a repressão catabólica. Quando os níveis de glicose estão baixos, a forma fosforilada do EIIA se acumula e, consequentemente, ativa a enzima adenilil ciclase , que produzirá altos níveis de AMPc . O cAMP liga-se à proteína ativadora catabólica (CAP) e, juntos, eles se ligam a uma sequência promotora no operon lac . No entanto, isso não é suficiente para que os genes da lactose sejam transcritos. A lactose deve estar presente dentro da célula para remover o repressor da lactose da sequência operadora ( regulação da transcrição ). Quando essas duas condições são satisfeitas, significa para a bactéria que a glicose está ausente e a lactose está disponível. Em seguida, as bactérias começam a transcrever o operon lac e a produzir enzimas β-galactosidase para o metabolismo da lactose. O exemplo acima é uma simplificação de um processo complexo. A repressão catabólica é considerada uma parte do sistema de controle global e, portanto, afeta mais genes do que apenas a transcrição do gene da lactose.
Bacillus subtilis
Bactérias Gram-positivas, como Bacillus subtilis, têm um mecanismo de repressão de catabólitos independente de cAMP controlado pela proteína A de controle de catabólitos ( CcpA ). Nessa via alternativa, o CcpA reprime negativamente outros operons do açúcar, de modo que eles ficam desligados na presença de glicose. Funciona pelo fato de que o Hpr é fosforilado por um mecanismo específico, quando a glicose entra através da proteína da membrana celular EIIC, e quando o Hpr é fosforilado, pode então permitir que o CcpA bloqueie a transcrição dos operons da via alternativa do açúcar em seus respectivos locais de ligação da sequência cre . Observe que a E. coli tem um mecanismo de repressão catabólito independente de cAMP semelhante que utiliza uma proteína chamada ativador repressor catabólico (Cra).