Operón Lac y Operón Triptófano: Regulación de la Expresión Génica en E. coli

Operón Lac y Operón Triptófano: Regulación de la Expresión Génica en E. coli

El Operón Lac (Sistema Inducible)

Metabolismo de la lactosa en E. coli

La lactosa es un β-galactósido que E. coli puede usar como fuente de energía y de carbono después de degradarlo en glucosa y galactosa.

Definición de Operón

Secuencia de genes adyacentes que están bajo la regulación transcripcional del promotor y operador. El operón está formado por:

• Genes Estructurales: Son los genes que codifican la estructura primaria de las enzimas. Estos son:
  • El gen Lac Z: Especifica la secuencia de aminoácidos de la enzima β-galactosidasa. Convierte la lactosa en glucosa y galactosa.
  • El gen Lac Y: Especifica la secuencia de aminoácidos de la permeasa. Facilita la entrada de la lactosa en la célula bacteriana.
  • El gen Lac A: Especifica la secuencia de aminoácidos de la acetiltransferasa. Protege a la célula frente a los tóxicos y acetila otros galactósidos que no sean lactosa para evitar que la β-galactosidasa los corte.
• El Gen Regulador (gen Lac I): Es una entidad transcripcional completamente independiente. El regulador codifica la proteína represora, la cual interfiere en la transcripción de los genes.
• El represor: Es una proteína alostérica activa que tiene la propiedad de que cuando se une a la lactosa (alolactosa) cambia su forma como su capacidad para reaccionar con el operador. El represor es el agente que controla materialmente la expresión. Ejerce el control negativo.
• El Operador: Es una secuencia de ADN que es reconocida por el represor. Cuando el represor se une al operador, interfiere en la función de la ADN polimerasa y, por lo tanto, se impide la transcripción del operón. El represor se elimina cuando se combina con un inductor (Alolactosa).
• El Promotor: Es una secuencia en el ADN en la cual se une la ARN polimerasa antes de iniciar la transcripción. Presenta secuencias conservadas: -10 (TATAAT) y -35 (TTGACA).
• Enzima ARN Polimerasa: La ARN polimerasa se une al promotor y transcribe el operón Lac.

El Operón Triptófano en E. coli (Sistema Reprimible)

E. coli silvestre puede producir las enzimas necesarias para la biosíntesis de aminoácidos. Si en el medio de cultivo hay suficientes cantidades de triptófano, las enzimas necesarias para su síntesis se reprimen. Los operones anabólicos funcionan a la inversa que el Operón Lac.

Elementos del Operón Triptófano (TRP)

• Genes Estructurales: Está formado por 5 genes que cifran las enzimas que sintetizan triptófano a partir del ácido corísmico. Los genes son: trp E, trp D, trp C, trp B, trp A. Las enzimas que codifican estos genes actúan en la síntesis del triptófano en el mismo orden en el que se encuentran los genes en el cromosoma.
• Elementos de Control:
  • El Promotor (P): Es una secuencia de bases nitrogenadas del ADN a la cual se une la ARN polimerasa para iniciar la transcripción del operón. Presenta dos secuencias consenso -10 y -35.
  • El Operador (O): Es una secuencia de nucleótidos del ADN que es reconocida por el complejo represor-triptófano.
  • Gen Regulador (TRP R): Codifica la proteína represora inactiva que, por sí sola, no puede interaccionar con la región del operador. Esta molécula alostérica solo unida al triptófano interacciona con el operador, reprimiendo la transcripción.
• Cor रिप्रेsor: El triptófano actúa como correpresor cuando está presente en la bacteria y se reprime la transcripción del operón. Puesto que el complejo represor-triptófano inhibe la transcripción del operón, este sistema reprimible está bajo control negativo.
• La Enzima ARN Polimerasa: Se une al promotor y transcribe el operón trp.

Represión por Catabolito: Proteína Activadora por Catabolito (CAP)

En estudios recientes se ha revelado que la ARN polimerasa es poco eficiente en la transcripción a menos que haya otra proteína presente que facilite el proceso. Esta proteína se denomina proteína activadora por catabolito (CAP).

La transcripción del operón se inhibe si hay glucosa (producto catabólico de la lactosa) presente. Esta inhibición se denomina represión por catabolito. En ausencia de glucosa y en condiciones de inducción, CAP ejerce un control positivo, lo que facilita que la ARN polimerasa se una al promotor y, en consecuencia, se realice la transcripción. Se ha demostrado que la unión de CAP depende de otra molécula, el monofosfato de adenosina cíclico (cAMP). El nivel de cAMP depende de una enzima, la adenil ciclasa, que cataliza la conversión del ATP a cAMP. La glucosa inhibe la acción de la adenil ciclasa, lo que provoca la disminución del nivel de cAMP en la célula. En estas condiciones, CAP no puede formar el complejo CAP-cAMP, que es esencial para el control positivo de la transcripción. Se ha observado represión por catabolito que implica CAP en otros operones inducibles, incluyendo el metabolismo de la galactosa y la arabinosa.