Estructura del opern lac y el control positivo

Estructura del opern lac y el control positivo

Bioqumica Experimental, FQ

Entender el metabolismo de lactosa como un sistema gnico inducible.

Conocer los elementos que integran el opern de lactosa.

Entender el funcionamiento del opern de la lactosa en presencia de este carbohidrato

Conocer el concepto de represin catablica y cmo se lleva a cabo.

Objetivos

Son mecanismos desarrollados por los microorganismos que activan o desactivan los genes en funcin de las necesidades metablicas.

Debe existir un sistema de regulacin ya que el genoma completo de todas las clulas no se estn transcribiendo continuamente, por lo cual se regula la transcripcin, lo que mantiene la eficiencia gentica.

Los genes estructurales estn organizados en grupos controlados por un solo sitio de regulacin, en conjunto estos genes constituyen lo que se denomina opern.

Generalidades de la regulacin gentica en bacterias

P: promotor de los genes estructurales E1 ... E4

R: gen regulador (codifica una protena represora que regula la transcripcin de los genes estructurales)

O:operador (secuencia reconocida por la protena represora que impide la transcripcin)

Regulacin Bacteriana

Los operones inducibles como los reprimibles pueden estar bajo control positivo negativo.

Se han investigado tanto los operones inducibles como los reprimibles, representados por los complejos gnicos lac y trp respectivamente

Control positivo: La transcripcin no se produce hasta que la molcula reguladora estimule la produccin de RNA

Control Negativo: La expresin gentica se produce hasta que es desconectada por algn tipo de regulador.

Regulacin en bacteria

En el metabolismo de la lactosa hay tres genes implicados: Lac Z, Lac Y, Lac A

Gen Lac Z: Especifica la secuencia de aminocidos de la enzima galactosidasa, que convierte la lactosa en glucosa y galactosa.

Gen Lac Y: Especifica la estructura primaria de la galactosidasa permeasa, enzima que facilita la entrada de lactosa en la clula bacteriana.

Gen Lac A: codifica la enzima transacetilasa.

Genes estructurales del opern lac

As un opern es una agrupacin de genes cuya expresin esta controlada por una regin nica denominada operador

Genes estructurales del opern lac

El Operon lac funciona para la utilizacin de lactosa como

fuente de carbono

La estrecha unin condujo a describir que los tres genes se transcriben como una sola unidad, lo que resulta en lo que se denomina mRNA policistrnico.

Los tres genes se regulan coordinadamente ya que un solo mensajero sirve de base para la traduccin de los tres productos gnicos.

Opern Lac

CAP debe estar presente para que facilite el proceso ya que se une a la regin del promotor

Las clulas prefieren glucosa, y si esta presente, no se activa el opern lac, an cuando se disponga de lactosa.

En ausencia de glucosa y en condiciones de induccin, CAP ejerce un control positivo.

La tasa de transcripcin es mxima cuando CAP esta unido al promotor y el represor debe estar unido a la lactosa.

Protena activadora por catabolito (CAP): Control Positivo del opern lac

En ausencia de Glucosa , los niveles de cAMP aumentan y no se produce represin

Formacin de cAMP a partir de ATP

La unin de CAP depende de monofosfato de adenosina ciclico (cAMP)

Para que se produzca la unin CAP debe estar unido a cAMP

cAMP depende de la enzima adenil ciclasa

Al estar presente la glucosa, la accin de adenil ciclasa provoca disminucin de nivel de AMPc

Al no forma el complejo cAMP-CAP la RNA polimerasa no tienen afinidad para unirse al DNA promotor

Una fuente preferencial de carbono (como es la glucosa) el mecanismo de regulacin positiva del opern lac se inactiva.

En presencia de Glucosa

En presencia de glucosa, los niveles de cAMP decrecen y se produce la represin por catabolito

Durante una primera fase, las bacterias aprovechan solamente la fuente ms rica de carbono (la glucosa), creciendo de modo exponencial durante unas cuantas generaciones, hasta que agotan esta glucosa. A continuacin se entra en una corta fase de tipo estacionario, que conduce a una nueva fase de crecimiento exponencial (aunque con un coeficiente menor que el de la fase exponencial anterior) debido a que en sta las bacterias han pasado a metabolizar la lactosa. Mientras exista glucosa en el medio de cultivo, no se degrada la lactosa, debido al fenmeno conocido como represin catablica

GlucosaLactosaAMPc Transcripcin Expresin de b-galactosidasaPresencia AusenciaNo hayNo hayBasal (poco)AusenciaAusenciaNo hayNo HayBasal (poco)Presencia PresenciaPoca cantidadBasal(bajo nivel de expresin)Basal (poco) hasta que se acaba la glucosa y entonces aumentaAusenciaPresenciaGran cantidadAltaAlta

Represin por catabolito del opern lac(Eleccin del mejor azcar a metabolizar)