9.Regolazione del metabolismo microbico + crescita diauxica

Regolazione del metabolismomicrobico

Un adeguato controllo del metabolismo è necessario alle cellule per evitare qualsiasi spreco di risorse e per accedere rapidamente a queste ultime in risposta a cambiamenti ambientali, nonché per dirigere l'energia disponibile solo dove e quando serve. Il controllo del metabolismo si espleta essenzialmente attraverso il controllo degli enzimi che prendono parte alle singole vie metaboliche.

Modi per modificare la velocità delle reazioni enzimatiche

Per modificare la velocità delle reazioni enzimatiche si può intervenire in due modi:

• Allostericamente, controllando cioè l'attività di ogni singolo enzima o dell'enzima a capo di una via metabolica. Nell'allosteria (o allosterismo), la regolazione della velocità di una reazione enzimatica avviene tramite il legame di una molecola, detto effettore, a un sito specifico dell'enzima, il sito allosterico, diverso dal sito attivo (cioè quello al quale si lega il substrato). Quando l'effettore si lega al sito allosterico, viene modificata leggermente la struttura dell'enzima e, di conseguenza, l'affinità per il substrato. Le variazioni di conformazione sono reversibili.
• Quando si parla di controllo allosterico si può fare riferimento ai meccanismi di feedback. In una via metabolica lineare (cioè da un substrato si arriva a unico prodotto) può succedere che il prodotto finale della reazione (effettore allosterico negativo, detto anche inibitore) inibisce gli enzimi della via metabolica che hanno portato alla formazione di suddetto prodotto. Si parla, in questo caso, di inibizione da feedback. Può succedere anche che il prodotto (o un suo derivato) influisca sulla sintesi di uno o più enzimi coinvolti nelle reazioni che portano alla sintesi del metabolita. In questo caso, invece, si parla di repressione da feedback. La repressione avviene a livello di gene, con il controllo della trascrizione dell'RNA messaggero.

Meccanismi di inibizione e repressione

I meccanismi di inibizione e repressione generalmente agiscono in modo sinergico: l'inibizione è un meccanismo di controllo in grado di agire velocemente, bloccando la biosintesi del prodotto; mentre, la repressione è un meccanismo che agisce successivamente disattivando la sintesi dell'enzima o degli enzimi la cui presenza è superflua, in quanto la sintesi del prodotto è stata già bloccata con l'inibizione.

Nel caso di una via metabolica ramificata, che porti alla formazione di prodotti diversi, i meccanismi di controllo agiscono in modo più complesso. Anche nel caso di una via metabolica ramificata, il controllo avviene con meccanismi di inibizione e repressione, frequentemente con azione sinergica.

Meccanismi di feedback nella via metabolica ramificata

In questo caso si distinguono i seguenti meccanismi di feedback:

• Feedback concertato o multivalente: in questo caso il controllo è dovuto all'azione della somma dei prodotti (P₁+P₂) sul primo enzima della catena, con un'azione di inibizione o di repressione (o di entrambi);
• Feedback cooperativo: si tratta di un meccanismo simile all'azione da feedback concertato, con la differenza che in questo caso l'inibizione sul primo enzima della catena viene effettuata solo da parte di uno dei prodotti che ha raggiunto concentrazioni eccessive. Inoltre, il prodotto che ha raggiunto una concentrazione eccessiva inibisce anche il primo enzima che interviene dopo la ramificazione della via metabolica. In questo modo viene favorita la produzione dell'altro prodotto in funzione delle esigenze della cellula.
• Feedback sequenziale: ciascun prodotto finale della via ramificata esercita un'azione sul primo enzima della via ramificata corrispondente a quel determinato prodotto.