EL OPERÓN LACTOSA: CONTROL
NEGATIVO
El Operón
lactosa, que abreviadamente se denomina Operón lac, es un sistema inducible que está bajo control
negativo, de manera que la proteína reguladora, producto del gen regulador i, es un represor
que impide la expresión de los genes estructurales en ausencia del inductor. El
inductor del sistema es la lactosa. Como veremos más adelante, el operón
lac también está bajo control positivo, ya que existe otra proteína
que estimula la transcripción de los genes estructurales.
Los genes
estructurales del operón lactosa son los siguientes:
- El
gen z+: codifica
para la b-galactosidasa que
cataliza la hidrolisis de la lactosa en glucosa más galactosa.
- El
gen y+: codifica
para la galactósido
permeasa que transporta b-galactósidos al interior de
la célula bacteriana.
- El
gen a+: codifica
para la tiogalactósido
transacetilasa que cataliza la transferencia del grupo
acetil del acetil Coenzima A al 6-OH de un aceptor tiogalatósido. Este gen
no está relacionado con el metabolismo de la lactosa.
El
verdadero inductor del sistema es la Alolactosa y no la lactosa de manera que la β-galactosidasa transforma la
lactosa en Alolactosa.
En los estudios del operón lactosa se utiliza como inductor un análogo
sintético de la lactosa que es el Isopropil tiogalactósido (IPTG). El IPTG no necesita ser
transportado por la galactósido
permeasa para entrar en la bacteria.
Las cepas
normales de E. coli son inducibles, de manera que en ausencia
del inductor (la lactosa), la proteína represora producto del gen i se encuentra unida a la
región operadora e impide la unión de la ARN-polimerasa a la región promotora
y, como consecuencia, no se transcriben los genes estructurales.
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Operón lactosa en ausencia de lactosa
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OPERÓN LACTOSA: CONTROL POSITIVO
En
presencia del inductor (la lactosa), este se une a la proteína reguladora que
cambia su conformación y se suelta de la región operadora dejando acceso libre
a la ARN-polimerasa para que se una a la región promotora y se transcriban los
genes estructurales. Por consiguiente, la presencia del inductor hace que se
expresen los genes estructurales del operón, necesarios para metabolizar la
lactosa.
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Operón lactosa en presencia de lactosa
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También
es conveniente recordar que los tres genes estructurales del operón lactosa se
transcriben juntos en un mismo ARNm, es decir que los ARN mensajeros de
bacterias suelen ser policistrónicos,
poligénicos o multigénicos. Sin embargo, en eucariontes los
mensajreos suelen sen monocistrónicos
o monogénicos, es decir, corresponden a la transcripción de un solo
gen estructural.
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Operón lactosa: ARNm multigénico o policistrónico
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El operón
lactosa también está sujeto a un control de tipo positivo, de manera que existe
una proteína que estimula la transcripción de los genes estructurales. En los
sistemas de control negativo existe una proteína que impide la transcripción de
los genes estructurales, en los sistemas de control positivo existe una proteína
activadora que estimula la transcripción de los genes. En principio existen
cuatro tipos de sistemas posibles de regulación de la expresión génica:
- Tipo 1: Inducible, control
negativo (operón lactosa y operón galactosa)
- Tipo 2: Inducible, control
positivo (operón arabinosa y operón maltosa)
- Tipo 3: Reprensible, control
negativo (operón triptófano y operón histidina)
- Tipo 4: reprensible, control
positivo (no se han descrito)
Por
supuesto, un operón pude estar sujeto a más de un tipo de control, como sucede
en el caso del operón lactosa que esta bajo control negativo ejercido por la proteína represora y bajo
control positivo ejecutado por una
proteína activadora por catabólicos (CAP) también llamada proteína activadora del AMP cíclico (CRP).
El control positivo del operón lactosa como veremos está estrechamente
relacionado con la Represión
catabólica.
REPRESIÓN POR CATABOLITOS
Cuando la
bacteria E. coli crece en un medio que contiene
glucosa, prefiere este azúcar como fuente de energía y como consecuencia los
operones que ponen producen las enzimas necesarias para obtener energía de
otros azúcares están bloqueados. Uno de los catabólicos del metabolismo de la
glucosa actúa sobre el AMP cíclico (AMPc). El AMP cíclico (AMPc) es
necesario para la transcripción de todos los operones que son inhibidos por el
catabolismo de la glucosa. Es decir, para que se transcriban los genes del
operón lactosa se necesitan niveles elevados de AMPc. Esto mismo sucede con los
operones de arabinosa, maltosa, galactosa, etc.. Se trata. por tanto de un
sistema general de control positivo que se denomina represión catabólica. Cuando E.
coli crece en un medio con
glucosa, los niveles de AMPc son muy bajos y como consecuencia no se
transcriben los operones de otros azúcares. Aún no se conoce el motivo por el
que los niveles de AMPc son bajos cuando E.
coli crece en un medio con
glucosa como fuente de energía.
Cuando E. coli crece en un medio sin glucosa pero
con lactosa los niveles de AMPc son altos, el AMPc se une a la proteína receptora receptora de AMPc (CRP) activándola y la proteína activada CRP-AMPc a su
vez estimula la transcripción de los genes estructurales del operón lactosa y
de otros operones de azúcares. La proteína activadora por catabólicos (CAP) es un dímero que al unirse al AMPc se
activa y estimula la transcripción de los genes del operón lactosa, de manera
que la proteína activadora CAP-AMPc es necesaria para la unión de la
ARN-polimerasa al promotor de los genes del operón lactosa. La proteína
activadora CAP-AMPc parece ser que se une a la región promotora cerca del
nucleótido que ocupa la posición -60 (60 nucleótidos antes del comienzo del gen
z).
Los mutantes que
afectan a la adenilato ciclasa, enzima que transforma el ATP en AMPc,
muestran niveles muy bajos de expresión de los genes del operón lactosa, debido
a que los niveles de AMPc son muy bajos en ausencia de glucosa.
Los mutantes que
afectan a la proteína CRP o CAP también presentan niveles muy bajos de
expresión de los genes del operón lactosa en ausencia de glucosa.
BIBLIOGRAFIA
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