Regulação do Metabolismo Microbiano

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RegulaRegulaçção do ão do 
MetabolismoMetabolismo
UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIUNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇÇOSAOSA
Departamento de MicrobiologiaDepartamento de Microbiologia
MBI 100 MBI 100 –– Microbiologia GeralMicrobiologia Geral
ObjetivosObjetivos
AoAo final final destadesta aula o aula o estudanteestudante deverdeveráá 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 microbiano 
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 microbiano 
Constitutiva ou Induzida
Mecanismos de regulação? 
Exemplo: Genes 
que codificam 
enzimas das vias 
metabólicas 
centrais
Exemplo: Genes 
que codificam 
enzimas 
envolvidas com 
respostas à
variação do 
ambiente
Regulação do METABOLISMO = Regulação ENZIMAS (proteínas)
1. Visão geral da regulação do metabolismo microbiano 
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 microbiano 
� 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 microbiano 
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 microbiano 
Como a expressão gênica é regulada?
Gene
Transcrito primário
Controle da transcrição
Proteína
Controle do processamento de RNA
Controle pós- traducional
Eucariontes
Núcleo
Citoplasma
Transcrito maduro
Controle do transporte de RNA
Controle da tradução
2. Regulação da atividade enzimática
2.1 Ligação não covalente de intermediários metabólicos a 
enzimas alostéricas
Fosfoenolpiruvato
+ 
Eritrose-4-P
DAHP Phe
Trp
TyrAroF
AroG
AroH
DAHP sintetase (Via de biossíntese de aminoácidos aromáticos)
-
-
-
Regulação de isozimas
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-CoA
NADH (-)
α-cetoglutarato(-)
Aspartato(-)
Acetil-CoA(+)
Ciclo do TCA
citrato
Oxalo
acetato
Fumarato Succinato
Succinil
-CoA
α-ceto
glutarato
Malato
isocitrato
VMC:VMC:
Alguns pontos Alguns pontos 
de regulade regulaççãoão
alostalostééricarica
Regulação positiva 
e negativa 
2. Regulação da atividade enzimática
2.2 Modificação covalente 
� Adenilação
Glutamina sintetase
↑ [ ] amônia
Glutamina sintetase
-AMP
ATP
PPi
Adenil
Transferase
Inativa
2. Regulação da atividade enzimática
2.2 Modificação covalente 
� Fosforilação
Isocitrato
desidrogenase
Crescimento em acetato
Isocitrato
Desidrogenase-
P
ATP ADP
Parcialmente inativa
2. Regulação da atividade enzimática
2.2 Modificação covalente 
� Metilação
Receptores 
de quimiotaxia
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 transcrição
Ausência de lactose
Adição de lactose: ocorre a indução
Alolactose
Alolactose
Isômero da 
lactose
3. Regulação da expressão gênica 
3.1 Repressão da transcrição
Ausência de arginina
Arginina
Arginina
3. Regulação da expressão gênica 
3.2 Ativação da transcrição
Ausência de maltose
Presença de maltose
4. Regulação do operon da lactose (operon lac)
Jacob e Monod
Prêmio Nobel
1965
Repressão
catabólica
Crescimento 
diaúxico
4. Regulação do operon da lactose (operon lac)
Como ocorre a repressão catabólica ?
promotor lacZ lacY lacAoperadorsítio PCA
RNA 
polimerase
CRP
Glicose e lactose
Repressor
lacI
Transcrição em nível basal
cAMP
↓ concentração 
Repressão
catabólica
4. Regulação do operon da lactose (operon lac)
promotor lacZ lacY lacAoperadorsítio PCA
RNA 
polimeraseCRP
Glicose é consumida 
Repressor
lacI
Alta taxa de Transcrição
cAMP alolactose
↑ concentração 
5. Repressão catabólica
Repressão Catabólica: uso preferencial de determinadas fontes de 
carbono 
Note que na presença de glicose a adenilato ciclase não é muito 
estimulada 
Mecanismo 
de exclusão 
do Indutor
6. Relembrando pontos importantes da aula
- Enzimas constitutivas
- Enzimas induzidas
- Alosteria
- Operon
- Repressão da transcrição
- Ativação da transcrição
- Repressão catabólica
- Exclusão do Indutor