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Metabolismo da Sacarose em S. cerevisiae

        No Brasil, o álcool combustível é obtido por meio da fermentação dos açúcares presentes na cana-de-açúcar, que oferece grande quantidade de sacarose, um dissacarídeo formado por uma molécula de α-D-glicose em ligação α1- β2 com outra de β-D-frutose, embora as matérias-primas possam conter usualmente uma mistura de mono e dissacarídeos.

        A levedura Saccharomyces cerevisiae é atualmente o principal microrganismo utilizado na produção de álcool combustível a partir da cana de açúcar no Brasil. A facilidade na produção de etanol pela S. cerevisiae é tão evidente que ela executa fermentação alcoólica quando submetida a altas concentrações de açúcar, mesmo sob condições aeróbias. Os conhecimentos de biologia molecular e genética da levedura S. cerevisiae são extremamente avançados (seu genoma inteiro foi elucidado em 1996) fazendo sua manipulação genética simples e rápida.

        Na fermentação do caldo-de-cana por S. cerevisiae a sacarose contida no meio é primeiramente hidrolisada pela enzima invertase (β-d-frutosidase) secretada por esta levedura. Desta forma, obtêm-se glicose e frutose, dois monossacarídeos que são transportados para o interior da célula por meio dos transportadores de hexoses (codificados pelos genes HXT1 a HXT7) e fermentados até etanol, CO2, glicerol e outros produtos. Essa enzima, codificada por um ou mais genes SUC (SUC1 a SUC5 e SUC7, sendo SUC2 o mais comum), tem sido um paradigma para o estudo de síntese proteica e regulação da expressão gênica.

        Porém, existe ainda uma outra via metabólica para a sacarose, onde este açúcar não é hidrolisado no exterior da célula, mas transportado ativamente para o interior da célula e hidrolisado pela enzima invertase intracelular.

        As células de S. cerevisiae possuem dois tipos de invertase: uma forma extracelular (ou periplasmática) altamente glicosilada, e outra intracelular não-glicosilada. Dois tipos de RNAs mensageiros são transcritos a partir do mesmo gene SUC2, sendo um transcrito maior (1,9 kb) que contém uma sequência responsável por codificar um peptídeo sinal (~20 aminoácidos) responsável por direcionar a secreção da proteína para fora da célula (espaço periplasmático), e um outro transcrito menor (1,8 kb) sem essa sequência sinalizadora, que permite a síntese da enzima intracelular. Enquanto o primeiro RNA mensageiro é reprimido por altas concentrações de sacarose ou por seus produtos de hidrolise (glicose e frutose), a invertase intracelular é expressa constitutivamente. A eficiente expressão do gene
SUC2 requer baixos níveis de glicose e frutose no meio.

        A análise da captação direta de sacarose por S. cerevisiae revelou a presença de um co-transporte sacarose-H+, mediado pela permease AGT1. Essa permease é um co-transportador geral de α-glicosídeos-H+, capaz de transportar sacarose e trealose com alta afinidade, enquanto maltose, maltotriose e α-metil-glicosídeo são captados com baixa afinidade. O transporte ativo de sacarose justificaria a existência da invertase intracelular constitutiva, embora a sacarose possa também ser hidrolisada por outras glicosidases intracelulares, como a α - glicosidase (maltase), que tem a mesma afinidade e atividade com sacarose e maltose.

        Portanto nesta linha de pesquisa é estudado o metabolismo da sacarose para alcançar a melhor forma de se obter maior rendimento de etanol por molécula de sacarose, além de um aumento na velocidade de conversão sacarose/etanol, tudo isto por meio de modificações no genoma da levedura.

        Estas modificações são efetuadas nas células por meio das técnicas gerais de manipulação de ácidos nucleicos, além de cruzamentos para obter vários perfis genotípicos e fenotípicos desejados.