2 Tipos de Sistema Operon de Genética Ventajas de la Regulación Genética

Un operón es una parte del material genético (o ADN) que actúa como una unidad regulada única que tiene uno o más genes estructurales, un gen operador, un gen promotor, un gen regulador, un represor y un inductor o corepressor (desde el exterior). Los genes de operador, promotor y regulador constituyen la región reguladora.

Los sistemas de operon son comunes en procariotas. El primer operón operón fue descubierto por Jacob y Mónada (1961). Más tarde, se descubrieron varios de estos operones, por ejemplo, trp -operon, ara -operon, his - operon, vol -operon. Los operones son de dos tipos, inducibles y reprimibles.

Cortesía de imagen: upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/d2/Lac_operon-2010-21-01.png

Sistema de Operon Inducible - Lac Operon (Fig. 6.34):

Un sistema de operón inducible es una unidad regulada de material genético que se enciende en respuesta a la presencia de un químico. Consta de las siguientes partes:

Genes Estructurales:

Son aquellos genes que en realidad sintetizan ARNm. Un ARNm controla la actividad metabólica del citoplasma a través de la formación de proteínas o enzimas sobre los ribosomas. Un operón tiene uno o más genes estructurales. La lactosa o el operón lac de Escherichia coli contiene tres genes estructurales (Z, Y, A).

Transcriben una molécula de ARNm polisististrónica que ayuda en la síntesis de tres enzimas: P-galactosidasa para hidrolizar lactosa o galactosido, lactosa o galactosido permeasa para permitir la entrada de lactosa desde el exterior y tiogalactosido acetilasa o transacetilasa para la tiogalactosidos tóxicos metabolizantes que también son permitidos por el toldo. lactasa permeasa.

Sin embargo, las tres enzimas se producen en diferentes concentraciones molares. Un nivel muy bajo de expresión de lacoperón y, en consecuencia, sus enzimas están siempre presentes. La entrada inicial de lactosa en la bacteria solo se produciría debido a esta actividad.

Gen del operador:

Es un gen que controla directamente la síntesis de los ARNm sobre los genes estructurales. Se apaga por la presencia de un represor. Un inductor puede quitar el represor y encender el gen. El gen luego dirige los genes estructurales para transcribir. El gen operador del operón lac está formado por solo 27 pares de bases.

Gen promotor:

Actúa como una señal de inicio que funciona como centro de reconocimiento para la ARN polimerasa siempre que el gen operador esté encendido. La ARN polimerasa está unida al gen promotor. Cuando el gen operador es funcional, la polimerasa se mueve sobre él y alcanza los genes estructurales para realizar la transcripción.

Gen Regulador (lac i-Gene):

En el operón lac, se llama i-gen porque produce un inhibidor o represor. El represor se une al gen operador y detiene el funcionamiento de este último. Ejerce un control negativo sobre el funcionamiento de los genes estructurales.

Represor

Es una proteína reguladora sintetizada todo el tiempo (constitutivamente) por el regulador i-gen. El represor está destinado a bloquear el gen operador, de modo que los genes estructurales no pueden formar ARNm. Tiene dos sitios alostéricos, uno para unirse al gen operador y el segundo para unirse al inductor.

Después de entrar en contacto con el inductor, el represor sufre un cambio conformacional de tal manera que no puede combinarse con el operador. El represor de lactosa o operón lac es una proteína que tiene un peso molecular de 160, 000. Está compuesto por cuatro subunidades, cada una con un peso molecular de 40, 000.

Inductor

Es una sustancia química (sustrato, hormona o algún otro metabolito) que, después de entrar en contacto con el represor, convierte a este último en un estado sin unión al ADN para liberar el gen operador. El inductor para el operón lac de Escherichia coli es lactosa (en realidad allolactosa, o metabolito de la lactosa).

GORRA:

Es un activador llamado activador catabólico de la proteína. Ejerce un control positivo en el lacoperón porque en su ausencia, la ARN polimerasa es incapaz de reconocer el gen promotor. Su gen está ubicado lejos del operón, pero el sitio CAP receptor se encuentra cerca del promotor lac. La PAC activa los genes lac solo cuando la glucosa está ausente.

La ARN polimerasa es reconocida por el gen promotor. Pasa sobre el gen operador liberado y luego cataliza la transcripción de los ARNm sobre los genes estructurales. Los ARNm pasan al citoplasma y forman proteínas o enzimas particulares. De las tres enzimas producidas por el operón lac, la lactosa-permeasa está destinada a llevar la lactosa dentro de la célula. La gala-galactosidasa (= lactasa) divide la lactosa en dos componentes, glucosa y galactosa. La enzima como la lactasa o (3-galactosidasa que se forma en respuesta a la presencia de su sustrato a menudo se llama enzima inducible o adaptativa.

Los sistemas de operones inducibles generalmente ocurren en vías catabólicas. Sin embargo, el operón lac no permanecerá operativo indefinidamente a pesar de la presencia de lactosa en el ambiente externo.

Detendrá su actividad con la acumulación de glucosa y galactosa en la célula más allá de la capacidad de la bacteria para su metabolismo. Lac -operon también está bajo control de regulación positiva.

Sistema de Operonre reprimible (Fig. 6.35):

El sistema de operón reprimible se encuentra comúnmente en las vías anabólicas. El operón está activo y las enzimas producidas por sus genes estructurales normalmente están presentes en la célula. El funcionamiento del operón se detiene cuando la concentración de un producto final cruza un valor de umbral. Un ejemplo de sistema reprimible es triptófano o operón trp de Escherichia coli. También fue elaborado por Jacob y Monod y consiste en lo siguiente:

Genes Estructurales:

Los genes están conectados a la transcripción de los ARNm. Los ARNm traducen su información codificada en la síntesis de polipéptidos. Los polipéptidos dan lugar a sustancias proteicas incluyendo enzimas. El operón triptófano tiene cinco genes estructurales: trp E, D, С, B, A. Forman enzimas para los cinco pasos de la síntesis de triptófano.

Gen del operador:

Controla el funcionamiento de los genes estructurales. Normalmente se mantiene encendido porque el aporresor producido por el gen regulador no puede bloquear completamente el gen operador. El gen operador se apaga cuando hay un Corepressor disponible junto con un compresor.

Gen promotor:

Es el sitio para la unión inicial de la ARN-polimerasa. Este último viaja del gen promotor a los genes estructurales siempre que el gen operador esté encendido.

Otros componentes de la región reguladora:

Dos componentes de la región reguladora aparecen entre el gen operador y el gen estructural E. Son la secuencia líder (L) y el atenuador (A). La secuencia líder está involucrada en el control del atenuador. El atenuador ayuda a reducir la síntesis de triptófano cuando está presente en cantidad suficiente sin apagar el operón.

Gen Regulador (trp R):

Forma un componente proteico para el posible bloqueo de la actividad del gen operador. El gen regulador del operón triptófano se encuentra a una distancia del operón restante.

Aporepressor:

Es una sustancia proteica sintetizada por el gen regulador. Aporepressor forma un componente de represor para bloquear el funcionamiento del gen operador. Para ello se requiere un corepressor. Cuando este último no está disponible con la fuerza adecuada, el gen del operador se mantiene activado porque, por sí solo, un compresor no puede bloquear el funcionamiento del gen del operador.

Corepressor:

Es un componente no proteico del represor que también es un producto final de las reacciones catalizadas por enzimas producidas a través de la actividad de los genes estructurales. El producto final se utiliza a menudo en alguna otra reacción, por lo que rara vez se acumula y, por lo tanto, no funciona como corepressor.

Sin embargo, cada vez que se acumula o está disponible desde una fuente externa, el producto final se convierte en corepressor, se combina con un compresor, forma un represor y bloquea el gen operador.

Los genes estructurales ahora detienen la transcripción. El fenómeno se conoce como represión de retroalimentación. Ejerce un control negativo. En el operón triptófano, el triptófano (un aminoácido) funciona como corepressor.

Diferencias entre inducción y represión:

Inducción:

1. Es el encendido de un operón que normalmente permanece apagado.

2. La inducción es causada por un nuevo sustrato que debe ser manipulado y metabolizado.

3. Está generalmente conectado con una vía catabólica.

4. El gen regulador de un operón, susceptible de sufrir inducción, produce un represor que bloquea el gen operador.

5. La inducción es la eliminación del represor de un operón por el metabolito inductor.

6. Inductor es sustrato, hormona o su subproducto.

7. Aporta transcripción y traducción.

Represión:

1. Se está apagando un operón que normalmente permanece encendido.

2. La represión es causada por una mayor formación o disponibilidad de un metabolito.

3. La represión está relacionada principalmente con una vía anabólica.

4. El gen regulador de un operón, susceptible de sufrir represión, produce una parte del represor llamado aporrepresor. Lo mismo no puede bloquear el gen operador.

5. La represión es el bloqueo del gen operador del operón a través de un complejo represor formado por la unión de un compresor formado por el gen regulador y el corresor, que en realidad es un producto de la vía anabólica.

6. El represor es un compuesto formado por un aporresor y un corepressor que comúnmente es un producto final de la ruta metabólica.

7. La represión detiene la transcripción y la traducción.

Ventajas de la regulación de genes:

1. Varios genes relacionados necesarios para una actividad metabólica particular pueden activarse o desactivarse simultáneamente.

2. La regulación de genes permite que la célula ajuste el metabolismo según los requisitos de cambios y desarrollo ambientales.

3. Es económico, ya que sintetiza enzimas solo cuando es necesario.

4. La regulación génica ayuda en el crecimiento y la diferenciación.

5. Es útil para completar sin problemas las reacciones en cadena.