Sistemas de control de mecanismos reguladores en celulas microbianas

Los generacion de microorganismos trae como consecuencia que estos rompan compuestos de alto peso molecular (mayormente carbohidratos como el almidon), introduciendo a sus celulas moleculas como la glucos, y en esta celula vuelven a degradarse en moleculas mas pequeñas como son los nucleotidos, acidos grasos, aminoacidos para luego formar a partir de estas proteinas, coenzimas, lipidos, acidos nucleicos. Para todo esto en la celula microbiana ocurre muchas reacciones quimicas en donde interfieren las enzimas, estas enzimas son especificas para cada reaccion, y se forman con la finalidad e catalizar (acelerar) reacciones quimicas, mediante transferencia de informacion y sintesis proteica.

Toda celula microbiana tiene un mecanismo de control que regula las reacciones quimicas para evitar el ‘’caos’’. Una celula microbiana ideal es aquella que se encuentra bien regulada, es decir que no forma metabolitos en exceso, pero como estas celulas pueden adaptarse a distinto ecosistemas para poder sobrevivir, su metabolismo tambien cambia y ocurre una mala regulacion de sus mecanismos, provocando que haya metabolitos en demasía. Estos metabolitos son los q nos interesa, en un proceso de fermentacion industrial. Pero nosotros mismo podemos alterar los mecanismos de regulacion de la celula, para poder utilizar esos metabolitos. Para esto es necesario conocer los mecanismos o sistemas de control de celulas microbianas.

INDUCCION

Todos los microorganismos producen cantidades de enzimas, las que se encuentran SIEMPRE PRESENTE SE llaman enzimas contitutivas, aunque tambien hay enzimas que se encuentran en minima Cantidad o que no estan presentes, y que solo pueden incrementar si hay el sustrato de interes de estas enzimas, por tanto se dicen enzimas inductivas, y al sustrato que induce este incremento se llama inductor.

Muchas enzimas que se encuentran en las industrias son inducibles, pero solo es apropiado SI LAS enzimas encuentraN a su unico sustrato.

Ejemplo: La e.coli sintetiza varias proteinas, y estas son enzimas. Estas enzimas catabolizan o degradan la lactosa en glucosa y galactosa. Cuando existe lactosa en la celula, esta se une a la proteina represora (CODIFICADA POR UN GEN REGULADOR), haciendo que salga del ADN DE los procariotas y permitiendo que ocurra la transcripcion (ARN POLIMERASA). En este caso la lactosa es el inductor, ya que induce la transcripcion genica en los procariotas. La lactosa es un inductor del operon Lac de la escherichia coli. Por tanto industrialmente podemos manipular, a nivel de sintesis, introduciendo inductores autenticos o analogos en celulas procariotas.

REPRESION CATABOLICA

Supongamos a la bacteria Escherichia coli creciendo en un medio con varias fuentes de carbono. La bacteria podría sintetizar enzimas para degradar todas las fuentes de carbono presentes. Esto supondría un enorme derroche de energía al sintetizar proteínas que no son estrictamente necesarias.

Cuando la bacteria E. coli crece en un medio que contiene glucosa, prefiere este azúcar como fuente de energía y como consecuencia los operones que producen las enzimas necesarias para obtener energía de otros azúcares están bloqueados. Uno de los catabolitos del metabolismo de la glucosa actúa sobre el AMP cíclico (AMPc). El AMP cíclico (AMPc) es necesario para la transcripción de todos los operones que son inhibidos por el catabolismo de la glucosa. Es decir, para que se transcriban los genes del operón lactosa se necesitan niveles elevados de AMPc. Esto mismo sucede con los operones de arabinosa, maltosa, galactosa, etc.. Se trata. por tanto de un sistema general de control positivo que se denomina represión catabólica. Cuando E. coli crece en un medio con glucosa, los niveles de AMPc son muy bajos y como consecuencia no se transcriben los operones de otros azúcares. Aún no se conoce el motivo por el que los niveles de AMPc son bajos cuando E. coli crece en un medio con glucosa como fuente de energía.

Por ejemplo, usando manosa en el crecimiento de Pseudomonas fluorescens var. cellulosa se produce 1500 veces más celulasa que creciéndola en presencia de galactosa.De ahí que es importante su uso industrial.

RETROINHIBIION

Es un fenómeno en el cual un metabolito, generalmente el metabolito final de una secuencia metabólica, inhibe la acción de un enzima anterior que, generalmente, es el primero de la secuencia.

El inhibidor es el producto final y no un derivado en contraste con el sistema clásico de inhibición por competición en el cual el inhibidor se asemeja al sustrato y compite por el sitio activo del enzima (Inhibidor Isostérico). En la inhibición por retroalimentación el inhibidor (producto final) no se parece ni en tamaño, ni en forma, ni en carga al sustrato por lo que se llama inhibición alostérica. Generalmente, los enzimas alostéricos están formados por dos o más subunidades, una de las cuales lleva el centro activo (sitio de unión al sustrato) y la otra el sitio de unión al inhibidor. Cuando el inhibidor se une a su centro, se distorsiona la conformación del enzima impidiendo la unión del enzima a su sustrato.

RETROREPRESION

La represión por retroalimentación es un fenómeno muy común que regula la síntesis de aminoácidos y los nucleótidos púricos y pirimidínicos. Por ejemplo, si existe un nivel alto del aminoácido triptófano en el medio de cultivo, el microorganismo no va a gastar energía sintetizando los enzimas implicados en la biosíntesis de triptófano. Esta regulación se lleva a cabo mediante el producto final, en este caso triptófano, que impide que los genes que codifican para esos enzimas no se transcriban en RNA mensajero.

En Escherichia coli el operón trp está formado por un promotor, un operador y cinco genes que codifican para los enzimas implicados en la síntesis de triptófano. El gen regulador codifica para una proteína represora inactiva que no se puede unir al operador por lo que la RNA polimerasa se une al promotor sintetizándose los enzimas. Por el contrario, si el triptófano está presente, la proteína represora se une al triptófano y se convierte en su forma activa, la cual se une al operador bloqueando la unión de la RNA polimerasa al promotor e impidiendo la síntesis de los enzimas.

Claves:

Síntesis de novo se refiere a la síntesis de moléculas complejas a partir de moléculas simples, tales como azúcares o aminoácidos,

Proteínas represoras: son proteínas que participan en la regulación de procesos metabólicos; las proteínas represoras son elementos importantes dentro del proceso de transmisión de la información genética en la bisíntesis de otras molécul