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Operón Lac: Inducción enzimática en presencia de lactosa

(Operón lac, inducción enzimática, IPTG,CRP, AMPc, lactosa)

Román Fernanda, Pachado Romina y Marano Maite


RESUMEN
Las células poseen métodos de regulación que les permiten optimizar su gasto de energía. En el específico caso de la regulación del Operón lac se pueden observar dos tipos de métodos empleados por la célula: elprimero consiste en la unión del AMPc a la proteína CRP que juntos tienen mayor afinidad por la zona del promotor del DNA que codifica para las enzimas que participan en el ingreso, degradación y modificación de la lactosa; el segundo consiste en la unión de una proteína sistetizada a partir del gen lacI que actúa reprimiendo la zona del DNA del promotor del operón pero que en presencia de uninductor (para el cual posee un sitio específico de unión), la alolactosa, se forma un complejo que no posee afinidad por el DNA y entonces permite que el gen se transcriba.

INTRODUCCIÓN
La regulación de los procesos celulares permite a los organismos optimizar el aprovechamiento de los recursos disponibles en cada momento.
Un posible nivel de regulación es la modulación de la actividad de unaproteína previamente sintetizada (por medio de la interacción con otra proteína, otro compuesto pequeño, por modificaciones post-traduccionales, etc.). Otra alternativa es regular la síntesis misma de las proteínas involucradas (o sea, regular la expresión de los genes que la codifican). Esto permite a las células realizar el máximo ahorro de energía evitando toda síntesis de productos no requeridos.Al estudiar la expresión de genes necesarios para el metabolismo de la lactosa, un disacárido utilizado como fuente de energía por las bacterias, se puede observar que existe una regulación de tal manera que las células minimizan el gasto de energía.
Al cultivar las bacterias en un medio rico en dos fuentes de carbono distintas (una de ellas, glucosa), estas utilizan primero una y después otra,y por esta razón, las bacterias muestran una curva de crecimiento con dos fases. A este fenómeno se lo denomina diauxia.
Se sabe que el sistema que regula el aprovechamiento de la lactosa como fuente de energía consta de numerosos elementos. El primero de ellos consiste en un grupo de tres genes conectados, llamados lacY, lacZ y lacA, que codifican respectivamente para las enzimasgalactosido-permeasa, β-galactosidasa y tiogalactosido-transacetilasa. La primera de ellas permite el ingreso de la latosa a la célula. La segunda hidroliza la lactosa en glucosa y galactosa. La tercera cataliza la transferencia del grupo acetilo de acetil Coenzima A, aunque esta función no parece estar relacionada con el metabolismo de la lactosa. Para estos tres genes, llamados estructurales, existe un únicoy débil promotor. La transcripción de estos genes produce un mRNA policistronico.
El sistema también incluye un gen de ubicación cercana a la de los estructurales y expresión constitutiva, llamado lacI, cuyo producto proteico se une a una región del DNA solapada con el promotor y el inicio del gen lacZ. La proteína codificada por el gen lacI unida al DNA reprime la transcripción de los genesestructurales por la interferencia que provoca con la RNA pol. Se denomina represor a esta proteína y operador a la región del DNA a la que se une. El represor posee un sitio de unión para otra molécula denominada inductor. Cuando el inductor se une al represor, se debe formar un complejo que no tiene afinidad por el DNA, por lo tanto el complejo represor-inductor se desprende del operador dejándololibre para la unión de la RNA pol.
El último elemento del sistema lo constituye una proteína llamada CRP. Esta tiene un sitio de unión a un ligando (AMP cíclico o AMPc) y otro de unión al DNA. El complejo que forman CRP y su ligando se une a un sitio especifico del promotor haciéndolo mas afín a la RNA pol. De esta forma, el complejo favorece la transcripción de los genes estructurales. La...