تثبيط الكاتابوليت

📅 آخر تحديث: ٣١ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٣١ يوليو ٢٠٢٦
الموسوعة الحرة

يُعدّ تثبيط استقلاب الكربون ، أو ببساطة تثبيط الاستقلاب ، جزءًا هامًا من نظام التحكم العالمي للعديد من البكتيريا والكائنات الدقيقة الأخرى. يسمح تثبيط الاستقلاب للكائنات الدقيقة بالتكيف بسرعة مع مصدر الكربون والطاقة المُفضّل (سريع الاستقلاب). ويتحقق ذلك عادةً من خلال تثبيط تخليق الإنزيمات المشاركة في استقلاب مصادر الكربون الأخرى غير المُفضّلة. وقد تبيّن في البداية أن الجلوكوز هو المُحفّز لتثبيط الاستقلاب ، ولذلك يُشار إليه أحيانًا بتأثير الجلوكوز . مع ذلك، فإن مصطلح "تأثير الجلوكوز" في الواقع تسمية غير دقيقة، إذ من المعروف أن مصادر الكربون الأخرى تُحفّز تثبيط الاستقلاب.

اكتشفه فريدريك دينيرت عام 1900. [ 1 ] [ 2 ] يقدم جاك مونود قائمة ببليوغرافية للأدب الذي سبق عام 1940. [ 3 ]

الإشريكية القولونية

تمت دراسة تثبيط الاستقلاب على نطاق واسع في بكتيريا الإشريكية القولونية . تنمو هذه البكتيريا بشكل أسرع على الجلوكوز مقارنةً بأي مصدر كربوني آخر. على سبيل المثال، إذا وُضعت الإشريكية القولونية على طبق أجار يحتوي على الجلوكوز واللاكتوز فقط ، فإنها ستستهلك الجلوكوز أولًا ثم اللاكتوز. عندما يتوفر الجلوكوز في البيئة، يتم تثبيط تخليق إنزيم بيتا-جالاكتوزيداز نتيجةً لتأثير تثبيط الاستقلاب الناتج عن الجلوكوز. ويتحقق تثبيط الاستقلاب في هذه الحالة من خلال استخدام نظام الفوسفوتراسفيراز .

يلعب إنزيم مهم من نظام الفوسفوتراسفيراز، يُسمى الإنزيم II A ( EIIA )، دورًا محوريًا في هذه الآلية. توجد أنواع مختلفة من إنزيم EIIA في الخلية الواحدة، كل منها مُخصص لنوع معين من نواتج الهدم، على الرغم من أن المجموعات البكتيرية المختلفة لها تخصصات لأنواع مختلفة من نواتج الهدم. في البكتيريا المعوية، يكون أحد إنزيمات EIIA مُخصصًا لنقل الجلوكوز فقط. عندما تكون مستويات الجلوكوز مرتفعة داخل البكتيريا، يوجد إنزيم EIIA في الغالب في صورته غير المُفسفرة. يؤدي هذا إلى تثبيط إنزيم أدينيل سيكلاز وإنزيم لاكتوز بيرميز ، وبالتالي تنخفض مستويات cAMP ، ولا يمكن نقل اللاكتوز داخل البكتيريا.

بمجرد استهلاك الجلوكوز بالكامل، يتعين على البكتيريا استخدام مصدر الكربون المفضل الثاني (اللاكتوز). يؤدي غياب الجلوكوز إلى "إيقاف" تثبيط الاستقلاب. عندما تكون مستويات الجلوكوز منخفضة، يتراكم الشكل المفسفر من EIIA ، مما يؤدي إلى تنشيط إنزيم أدينيل سيكلاز ، الذي ينتج مستويات عالية من cAMP . يرتبط cAMP ببروتين منشط الاستقلاب (CAP)، ويرتبطان معًا بتسلسل المحفز على أوبيرون اللاكتوز . مع ذلك، لا يكفي هذا لنسخ جينات اللاكتوز. يجب أن يكون اللاكتوز موجودًا داخل الخلية لإزالة مثبط اللاكتوز من تسلسل المشغل ( التنظيم النسخي ). عندما يتحقق هذان الشرطان، فهذا يعني بالنسبة للبكتيريا غياب الجلوكوز وتوفر اللاكتوز. بعد ذلك، تبدأ البكتيريا بنسخ أوبيرون اللاكتوز وإنتاج إنزيمات بيتا-جالاكتوزيداز لاستقلاب اللاكتوز. المثال أعلاه هو تبسيط لعملية معقدة. يُعتبر تثبيط الكاتابوليت جزءًا من نظام التحكم العالمي، ولذلك فهو يؤثر على عدد أكبر من الجينات وليس فقط على نسخ جين اللاكتوز. [ 4 ] [ 5 ]

عصية رقيقة

تمتلك البكتيريا موجبة الجرام، مثل بكتيريا العصوية الرقيقة (Bacillus subtilis) ، آلية تثبيط استقلابي مستقلة عن cAMP، يتحكم بها بروتين التحكم الاستقلابي A ( CcpA ). في هذا المسار البديل، يثبط CcpA نسخ جينات السكر الأخرى، مما يؤدي إلى توقفها عن العمل في وجود الجلوكوز. ويعتمد ذلك على فسفرة بروتين Hpr بواسطة آلية محددة، فعندما يدخل الجلوكوز عبر بروتين غشاء الخلية EIIC، يسمح فسفرة Hpr لـ CcpA بمنع نسخ جينات مسار السكر البديل عند مواقع ارتباط تسلسل cre الخاصة بها. تجدر الإشارة إلى أن بكتيريا الإشريكية القولونية (E. coli) تمتلك آلية تثبيط استقلابي مماثلة مستقلة عن cAMP، تستخدم بروتينًا يُسمى مُنشط مثبط الاستقلاب (Cra).

مراجع

  1. ^ دينيرت، م. فريديريك. على تخمير الجالاكتوز وعلى استخلاص السوائل منه . E. شارير، 1900. أطروحة الدكتوراه. نشرت في شكل قصير في آن. hzst. باستور، 14، 139-189.
  2. ↑ بليزو، بيير لويس؛ هولمز، أليسون م. (يونيو 2021). "التثبيط ثنائي الطور: عمل جاك مونود المُهمَل" . مجلة تاريخ علم الأحياء . 54 (2): 175-196 . doi : 10.1007/s10739-021-09639-4 . ISSN 0022-5010 . PMC 8376690. PMID 33977422 .   
  3. ↑ مونود، جاك (1978)، "ظاهرة التكيف الإنزيمي وتأثيرها على مشاكل علم الوراثة والتمايز الخلوي" ، أوراق مختارة في البيولوجيا الجزيئية لجاك مونود ، إلسيفير، ص 68-134 ، doi : 10.1016/b978-0-12-460482-7.50017-8 ، ISBN  978-0-12-460482-7تم الاطلاع عليه بتاريخ 23 يونيو 2024رابط بديل
  4. ↑ دويتشير، جوزيف (أبريل 2008). "آليات كبح استقلاب الكربون في البكتيريا". الرأي الحالي في علم الأحياء الدقيقة . 11 (2): 87-93 . doi : 10.1016/j.mib.2008.02.007 . ISSN 1369-5274 . PMID 18359269 .  
  5. ↑ مادجان، إم تي، جيه إم مارتينكو، بي في دنلاب، ودي بي كلارك. بيولوجيا الكائنات الدقيقة لبروك . الطبعة الثانية عشرة. سان فرانسيسكو، كاليفورنيا: بيرسون/بنجامين كامينغز، 2009.