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TRABAJO PRÁCTICO 5:
“INDUCCIÓN ENZIMÁTICA”

IBMC 2010

Introducción

El control de la acción de enzimas proteicas es fundamental para el aprovechamiento por parte de las células de los recursos disponibles en distintos momentos. Un posible nivel de regulación es la modulación de la actividad de una proteína previamente sintetizada. Otra alternativa, la más común en la naturaleza, esregular la síntesis de las propias proteínas involucradas en un cierto proceso. Se denomina “inducción enzimática” a la descripción del proceso regulatorio de dichas enzimas.
El primer sistema de regulación dilucidado fue el que controla la expresión de genes necesarios para el metabolismo de la lactosa en Escherichia Coli.
El sistema que regula el aprovechamiento de la lactosa como fuente deenergía consta de numerosos elementos. El primero de ellos consiste en un grupo de tres genes conectados, llamados lacY, lacZ y lacA, que codifican respectivamente las enzimas galactósido-permeasa, β-galactosidasa y tiogalactósido-transacetilasa. La primera de ellas permite el ingreso de la lactosa a la célula. La segunda hidroliza la lactosa en glucosa y galactosa. La tercera cataliza la transferenciadel grupo acetilo del acetil Coenzima A al 6’-OH de un aceptor tiogalactósido, aunque esta función no parece estar relacionada con el metabolismo de la lactosa. Para estos tres genes, llamados estructurales, existe un único y débil promotor. La transcripción de los genes estructurales produce un mRNA policistrónico, como es común en los genomas procariotas.
El sistema también incluye un gen deubicación cercana a la de los estructurales y expresión constitutiva, llamado lacI, cuyo producto proteico (que se encuentra en aproximadamente 10 copias por célula) 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 genes estructurales por la interferencia que provoca con la RNApolimerasa. Se denomina represor a esta proteína y operador a la región del DNA a la que se une. El represor posee una estructura cuaternaria tetramérica y cada una de sus unidades posee un sitio de unión para otra molécula denominada inductor. Esta molécula es la alolactosa, un derivado de la lactosa. Cuando el inductor se une al represor, se forma un complejo que no tiene afinidad por el DNA, por lotanto el complejo represor-inductor se desprende del operador dejándolo libre para la unión de la RNA pol. El tipo de control ejercido por un represor se denomina control negativo. Es importante notar que la represión no es 100% efectiva, debido a que el represor puede despegarse del operador por poco tiempo, aun en ausencia del inductor. Esto implica que, incluso estando el represor unido aloperador, algunas pocas moléculas de los mRNA de los genes estructurales pueden ser transcriptas, lo cual denominamos “síntesis de escape”.
El último elemento del sistema lo constituye una proteína llamada CRP. La proteína CRP tiene un sitio de unión a un ligando (el AMP cíclico o AMPc) y otro de unión al DNA. El complejo que forman CRP y su ligando se une a un sitio específico del promotor haciéndolomás afín a la RNA pol. De esta forma, el complejo favorece la transcripción de los genes estructurales. La proteína CRP se denomina activador. El tipo de control ejercido por un activador se denomina control positivo. En ausencia de la proteína CRP unida a su ligando, la expresión del mRNA policistrónico es muy baja (niveles basales de expresión).
Cuando hay transcripción de los genesestructurales, se dice que existe inducción del sistema. La inducción ocurre sólo cuando el represor no actúa sobre el operador debido a la presencia del inductor y el complejo CRP-ligando actúa sobre el promotor. En su conjunto, este sistema de control de la expresión génica se conoce como operón lactosa (lac).


Objetivo

Estudiar las condiciones de inducción del operón lactosa (operón lac)....