Mechanizmy negatywnej kontroli metabolicznej

O przydatności organizmów do nadprodukcji danego związku decyduje poziom

komplikacji regulacji metabolizmu. U eukariota mechanizmy te, obok

charakterystycznego dla bakterii poziomu lokalnego związanego z określonym

szlakiem metabolicznym, mają często charakter kontroli ogólnometabolicznej.

Ponadto dodatkowo w tych organizmach np. aminokwasy są gromadzone w

dużych stężeniach w komórce, przez co hamują ich biosyntezę

Mechanizmy występujące w negatywnej kontroli metabolizmu związków:

1. hamowanie syntezy enzymów zaangażowanych w biosyntezę

określonego związku

przez jego obecność w podłożu w stężeniu

wystarczającym do normalnego wzrostu,

2. hamowanie

w warunkach przejściowego nadmiaru danego związku

aktywności wszystkich kluczowych enzymów szlaku

lub tylko

pierwszego enzymu odgałęzienia prowadzącego do syntezy tego

związku,

3. dostępność prekursorów

(np. szkieletów węglowych) pochodzących z

innych szlaków metabolizmu pierwotnego.

Metody wpływania na kontrolę metabolizmu związków

A.

Zmiana preferencji metabolicznych:

zmiana preferowanego kierunku syntezy w punkcie rozgałęzienia

szkaków przez hamowanie

jednego z nich fizjologicznym nadmiarem

produktu tego rozgałęzienia
B.

Dodatek prekursorów

nadprodukcję określonych związków (aminokwsów) uzyskuje się przez

dodanie do podłoża

prekursora poza miejscem regulacji

(przeciwdziała to hamowaniu syntezy przez hamowanie zwrotne)
C.

Zmiana aktywności enzymów

zwiększenie aktywności enzymów limitujących proces biosyntezy w

obrębie szlaku lub na etapie biosyntezy prekursorów
D.

Mutanty auksotroficzne

tj. mutanty z zablokowaną syntezą np. pierwszego enzymu danego

szlaku (rozgałęzienia ). Mutanty tego typu wymagają wzbogacenia podłoża
w końcowe produkty szlaku.

Ograniczenie

poziomu metabolitu w

pożywce sprzyja nadprodukcji metabolitów pośrednich szlaku czy
produktów poprzedzających rozgałęzienie
E.

Mutanty regulatorowe

mutanty w których została wyeliminowana kontrola na poziomie syntezy

enzymu - mutanty

konstytutywne

mutanty niewrażliwe na hamowanie przez produkt końcowy (mutacja w

miejscu

allosterycznym)

F.

Zmiana przepuszczalności przez błonę cytoplazmatyczną

nadprodukcja warunkowana usuwaniem produktu ze środowiska reakcji

tj. wzmożonym transportem produktu końcowego szlaku (odgałęzienia)
na zewnątrz komórki w wyniku modyfikacji właściwości błony
komórkowej
G.

Otrzymywanie wysokowydajnych szczepów metodami inżynierji

genetycznej

A.

Zmiana preferencji metabolicznych

:

zmiana preferowanego kierunku syntezy w punkcie rozgałęzienia szlaków przez
hamowanie jednego z nich fizjologicznym nadmiarem produktu tego rozgałęzienia

Preferencje metaboliczne u

Brevibacterium flavum

L-

asparaginia

n

semialdehyd

asparaginianowy

dihydrodipikolinian

L-homoseryna

pirogronian

akt. syntazy dihydropikolinianowej

(1)

akt. dehydrogenazy homoserynowej

(2)

1

1

15

5

(1)

(2)

metionina

metionina

metionina

L-lizyna

L-metionina L-treonina

L-izoleucyna

(3) (4)

(3)

1

(4)

10

W warunkach kontrolnych jak wskazują stosunki akt. enzymów rozgałęzień
szlaków z największą wydajnością jest produkowana treonina i izoleucyna.
Wprowadzenie do podłoża nadmiaru endogennej metioniny powoduje represję:
dehydrogenazy homoserynowej(2) (3-krotne obniżenie poziomu) oraz
transacylazy homoserynowej (3) i dehydratazy homoserynowej (4), a w
konsekwencji prowadzi do nadprodukcji lizyny

B.

Dodatek prekursorów

nadprodukcję określonych związków (aminokwsów) uzyskuje się
przez dodanie do podłoża prekursora poza miejscem regulacji
(przeciwdziała to hamowaniu syntezy produktu końcowego
rozgałęzienia przez hamowanie zwrotne)

(1) –

dehydrogenaza L-

treoninowa silnie
hamowana w wyniku
represji przez produkt
końcowy szlaku oraz
inhibicji zwrotnej

(2) –

dehydrogenaza D-

treoninowa indukowana
przez substrat

D.

Mutanty auksotroficzne

- mutanty z zablokowaną syntezą np. pierwszego enzymu danego szlaku
(rozgałęzienia). Mutanty tego typu wymagają wzbogacenia podłoża w
końcowe produkty szlaku. Ograniczenie poziomu metabolitu w pożywce
sprzyja nadprodukcji metabolitów pośrednich szlaku czy produktów
poprzedzających rozgałęzienie.
E.

Mutanty regulatorowe

- mutanty w których została wyeliminowana kontrola na poziomie syntezy
enzymu

(mutanty konstytutywne)

- mutanty niewrażliwe na hamowanie przez produkt końcowy (mutacja w
miejscu

allosterycznym)

F.

Zmiana przepuszczalności przez błonę cytoplazmatyczną

nadprodukcja warunkowana usuwaniem produktu ze środowiska
reakcji tj. wzmożonym transportem produktu końcowego szlaku
(odgałęzienia) na zewnątrz komórki w wyniku modyfikacji
właściwości błony komórkowej

Regulacja

metabolizmu glc – kw

cytrynowy

Nadprodukcja kw.

cytrynowego

Nadprodukcja kw.

cytrynowego 2

Nadprodukcja kw.

cytrynowego