Regulación da Expresión Xénica: Operón Lac en Procariotas
Regulación da Expresión Xénica
A regulación ou control da expresión dos xenes é imprescindible para que a célula consiga as proteínas e o resto das biomoléculas que precisa. As células non sintetizan todos os tipos de proteínas sobre as que teñen información codificada no ADN.
O sistema de regulación xénica está baseado principalmente no control da transcrición (síntese do ARNm). A cantidade de proteínas sintetizadas depende directamente da cantidade de ARNm presente no hialoplasma. Polo tanto, a regulación da síntese de ARNm permite controlar o metabolismo celular.
En procariotas, a síntese de ARNm adoita depender da dispoñibilidade do substrato no medio. En eucariotas, pode depender, entre outros factores, das concentracións hormonais do medio interno. Un mecanismo de regulación importante descuberto en eucariotas é o mediado polo AMP cíclico (AMPc), coñecido como mecanismo do segundo mensaxeiro.
Regulación Xénica en Procariotas: O Operón
O primeiro mecanismo de regulación xénica descrito foi o operón, atopado en bacterias.
Concepto de Operón
Un operón é un conxunto de xenes que codifican a formación de proteínas diferentes, pero todas elas están implicadas en procesos bioquímicos estreitamente relacionados. Funciona como unha unidade de transcrición coordinada.
Compoñentes dun Operón
En cada operón distínguense os seguintes elementos:
- Xenes estruturais (XE1, XE2, XE3...): Conteñen a información para fabricar proteínas (xeralmente encimas dunha ruta metabólica ou proteínas estruturais). Transcríbense conxuntamente nun único ARNm policistrónico.
- Xene regulador (R): Ten información para fabricar unha proteína reguladora (o represor) que controla o funcionamento dos xenes estruturais, activando ou detendo a súa transcrición.
- Promotor (P): Secuencia de ADN onde se une a ARN polimerase para iniciar a transcrición dos xenes estruturais.
- Operador (O): Secuencia de ADN situada entre o promotor e os xenes estruturais. É o sitio de unión da proteína represora. Cando o represor está unido ao operador, impide fisicamente que a ARN polimerase transcriba os xenes estruturais.
Cando a bacteria necesita sintetizar as proteínas codificadas polo operón, debe separarse a proteína represora do operador. O mecanismo máis coñecido é o da indución, exemplificado polo operón lactosa.
Funcionamento do Operón Lactosa (lac)
Este operón regula a síntese das encimas necesarias para metabolizar a lactosa.
- En ausencia de lactosa: O xene regulador (R) sintetiza constantemente a proteína represora en forma activa. Este represor únese ao operador (O), bloqueándoo. Isto impide que a ARN polimerase se una eficazmente ao promotor (P) ou avance, e polo tanto, non se transcriben os xenes estruturais (XE1, XE2, XE3) que codifican as encimas que degradan a lactosa.
- En presenza de lactosa: Cando a lactosa (ou un derivado como a alolactosa) aparece no medio celular, actúa como indutor. O indutor únese á proteína represora, provocando un cambio na súa conformación tridimensional. Esta nova forma do represor non pode unirse ao operador. Ao quedar o operador libre, a ARN polimerase pode unirse ao promotor e transcribir os xenes estruturais (XE1, XE2, XE3), producindo as encimas E1, E2 e E3 que metabolizarán a lactosa.
- Cando diminúe a lactosa: Se o nivel de lactosa no medio diminúe porque foi metabolizada, o indutor sepárase do represor. O represor recupera a súa forma activa, volve unirse ao operador e bloquea de novo a transcrición dos xenes estruturais.
Este é un exemplo clásico de regulación por substrato (indución encimática), onde a presenza da substancia a metabolizar (lactosa) desencadea a produción das encimas necesarias para o seu metabolismo.