Análise do controle metabólico in silico da via glicolítica da Saccharomyces cerevisiae

Abstract

Saccharomyces cerevisiae é o principal micro-organismo produtor de etanol, empregado no Brasil. Devido a alta capacidade de adaptação a processos contínuos de produção, esse fungo possui caracterização genética muito bem definida, viabilizando otimizações de isoenzimas. Uma vez que alta concentração de glicose no meio reacional inibe-o, modificações genéticas foram realizadas a fim de que a sacarose fosse incorporada e submetida à hidrólise enzimática intracelular, obtendo glicose e frutose, evitando também contaminações e reduzindo a produção de células. Quantificou-se tais modificações pela Análise de Controle Metabólico (MCA). As entradas de glicose, via difusão facilitada (HXT) ou pelo simporte de sacarose (ATPase) e posterior hidrólise desta, foram avaliadas pelos coeficientes de controle dessas respectivas enzimas. Através das elasticidades de glicose intracelular, frutose-6- fosfato, quantificou-se localmente a influência de NAD e ATP em enzimas reguladoras e produtoras de compostos de interesse. Logo, a preferência entre rotas metabólicas foi identificada pela relação entre tais influências globais e locais, através dos coeficientes de resposta particionado, revelando quantitativamente a contribuição da permease no saldo energético e seu efeito consequente na rede metabólica. A interdisciplinaridade realizada entre MCA e Análise Dinâmica revelou o ganho de processo como uma elasticidade dimensional discreta. Dessa forma, perturbações em degrau na glicose extracelular revelaram as contribuições locais do substrato em cada reação do modelo estruturado, provando que esse recurso in silico deve ser usado paralelamente a análises cinéticas microbianas, para orientar a pesquisa e descrever a lógica metabólica pela técnica da MCA.<br>

Abstract : Saccharomyces cerevisiae is the most useful microorganism in Brazilian ethanol production. Because of its great ability in adaptation to continuous process, this fungus has a complete genetic characterization, allowing optimization of isoenzymes. Once high glucose concentration on reaction media inhibits it, genetic modifications were done in order to embody sucrose and hydrolyze it, freeing glucose and fructose, also avoiding contamination and reducing cell production. Such modifications were quantified by Metabolic Control Analysis (MCA). Glucose incomings, through facilitated diffusion (HXT) or sucrose symport (ATPase) and then its hydrolysis, were evaluated by their respective control coefficients. Through elasticities of intracellular glucose, fructose 6-phosphate, local influences of NAD and ATP over regulatory enzymes and high-value metabolite production were quantified. Therefore, the preference among metabolic routes was identified by the partitioned response coefficients, which are relations between local and global influences, uncovering quantitatively the permease contribution to energetic balance and then its effect at metabolic web. The interdisciplinarity between MCA and Dynamic Analysis defines the static gain as a dimensional and discrete elasticity. In order that, degree perturbations at extracelllular glucose reveal the substrate local contributions at each reaction defined on the estructured model, proving that in silico source must be used with microbian kinetic analysis, guiding the research and unveil the metabolic logic through MCA principles.