¿Cómo se regula el Lac Operon?

La expresión génica es la síntesis de una cadena polipeptídica de una proteína funcional basada en la información codificada por un gen particular. La cantidad de la síntesis de una proteína particular puede ser regulada por la regulación de la expresión del gen. La expresión diferencial de los genes se puede lograr durante los distintos pasos de la síntesis de proteínas. Sin embargo, la regulación de la expresión génica es diferente en genes eucariotas y procariotas.. Laca El operón es un grupo de genes responsables del metabolismo de la lactosa. E. coli. La regulación de la expresión de laca El operón se logra en respuesta a los niveles de lactosa y glucosa en el medio. La regulación de la laca El operón se usa como el principal ejemplo de regulación de genes procarióticos en estudios introductorios de biología molecular y celular..

Áreas clave cubiertas

1. ¿Qué es la regulación de la expresión génica?
      - Definición, Regulación De La Expresión Genética
2. Que es el Lac Operon
     - Definición, Estructura, Función De Los Productos Genéticos
3. ¿Cómo se regula el Lac Operon?
     - Represor lac, cap

Términos clave: Proteína activadora de catabolitos (CAP), E. coli, Expresión génica, Glucosa, Lac Operon, Represor de lacas, Metabolismo de la lactosa

¿Qué es la regulación de la expresión génica?

La regulación de la expresión génica se refiere a una amplia gama de mecanismos utilizados por la célula para aumentar o disminuir la producción de un producto genético particular (una proteína o un ARN). Se logra durante varios pasos de la síntesis de proteínas como se describe a continuación..

1. Nivel de replicación - Las mutaciones que ocurren durante la replicación del ADN pueden causar alteraciones en la expresión del gen..
2. Nivel transcripcional - La transcripción de un gen particular puede ser controlada por represores y activadores..
3. Nivel postranscripcional: la expresión génica se puede lograr durante las modificaciones postranscripcionales, como el empalme de ARN.
4. Nivel de traslación - La traducción de una molécula de ARNm puede controlarse mediante diversos procesos, como la vía de interferencia de ARN.
5. Nivel post-traduccional - La síntesis de una proteína se puede regular a nivel postraduccional controlando las modificaciones postraduccionales.

Sin embargo, la regulación de la expresión génica en procariotas se logra principalmente durante el inicio de la transcripción. Involucra a los activadores que regulan positivamente la expresión génica y a los represores que regulan negativamente la expresión génica. La regulación de la expresión génica en diferentes etapas de la síntesis de proteínas se muestra en Figura 1.

Figura 1: Regulación de la expresión génica

Que es Laca Operon

los laca operón se refiere a un grupo de genes responsables del metabolismo de la lactosa de E. coli. Por lo tanto, la laca El operón es una unidad funcional de la E. coli genoma Todos los genes en el laca El operón es controlado por un solo promotor. Por lo tanto, todos los genes en el operón se transcriben juntos. Los productos genéticos son las proteínas responsables del transporte de la lactosa en el citosol de la célula y la digestión de la lactosa en glucosa. La glucosa se utiliza en la respiración celular para producir energía en forma de ATP. los laca El operón también puede estar presente en muchas otras bacterias entéricas. La estructura de la laca operón se muestra en Figura 2.

Figura 2: Laca Operon

los laca El operón está formado por tres genes controlados por un solo promotor. Estos genes son lacZ, de encaje, y lacA. Estos genes están codificados para las tres enzimas involucradas en el metabolismo de la lactosa conocidas como beta-galactosidasa, beta-galactosida permeasa y beta-galactosida transacetilasa, respectivamente. La beta-galactosidasa participa en la descomposición de la lactosa en glucosa y galactosa. La permeasa de beta-galactósido está incrustada en la membrana celular, lo que permite el transporte de lactosa al citosol. Beta-galactoside transacetylase participa en la transferencia de un grupo acetilo de acetil Co-A a beta-galactoside. La transcripción de la laca el operón produce una molécula de ARNm policistrónica que produce los tres productos génicos a partir de una única molécula de ARNm. En general, el lacZ y de encaje Los productos genéticos son suficientes para el catabolismo de la lactosa..

Además de esos tres genes., laca operón se compone de una serie de regiones reguladoras A la que se pueden unir diversas proteínas para controlar la transcripción. Las secuencias reguladoras clave en el laca operón son el promotor, el operador y el sitio de unión a la proteína activadora de catabolitos (CAP). los promotor Sirve como el sitio de unión para la ARN polimerasa, la enzima responsable de la transcripción de los genes. los operador Sirve como un sitio regulador negativo al cual el laca El represor se une. los Sitio de unión CAP Sirve como el sitio regulador positivo al que se une la PAC..

Cómo es el Laca Operon Regulated

La regulación de la expresión génica en genes procarióticos se produce mediante: operones inducibles en el que diferentes tipos de proteínas se unen, ya sea activando o reprimiendo la transcripción del operón en función de los requisitos de la célula. Laca El operón es un operón inducible. Permite el uso de lactosa, un disacárido, en la producción de energía al convertirla en glucosa que puede usarse fácilmente en la respiración celular, cuando la glucosa no está disponible para la célula. los laca El operón está regulado en los estados de "apagado" y "encendido" según la presencia de glucosa en la célula. los laca El represor es responsable del modo 'apagado' de la laca operón, mientras que CAP es responsable del modo 'activar' del laca operón.

Laca Represor

los laca represor se refiere a un sensor de lactosa, que bloquea la transcripción de la laca Operón en presencia de glucosa. El uso de glucosa en la respiración celular requiere menos pasos en la producción de energía en comparación con la lactosa. Por lo tanto, cuando la glucosa está disponible en la célula, se descompone fácilmente en las vías celulares para producir energía. Además, cuando se usa glucosa en la respiración, debe evitarse el uso de la lactosa para el propósito anterior con el fin de lograr la máxima eficiencia de la respiración celular. En esta situación, el bloqueo de la transcripción de la laca El operón se logra mediante la unión del represor lac a la región del operador de la laca operón Generalmente, la región del operador se superpone con la región promotora. Por lo tanto, cuando el laca el represor se une a la región del operador, la ARN polimerasa es incapaz de unirse a la región promotora ya que la región promotora completa no está disponible. Cuando la glucosa está disponible en la célula y la lactosa no está disponible, la laca El represor se une fuertemente a la región del operador, inhibiendo la transcripción de la laca operón La regulación de la laca operón se muestra en figura 3.

Figura 3: Regulación de la Laca Operon

Proteína Activadora De Catabolitos (CAP)

La proteína CAP se refiere a un represor de glucosa que activa la transcripción de la laca operón Cuando la célula se queda sin glucosa y la lactosa está disponible dentro del citosol, el laca El represor pierde su capacidad de unirse al ADN. Por lo tanto, flota fuera de la región del operador, haciendo que la región promotora esté disponible para la unión a la ARN polimerasa. Cuando la lactosa está disponible, algunas de las moléculas se convierten en allolactosa, Un pequeño isómero de la lactosa. La unión de la allolactosa a la laca El represor hace que se afloje de la región del operador. Por lo tanto, la allolactosa sirve como un inductor, lo que desencadena la expresión de la laca operón Además, el laca El operón es considerado como un operón inducible también..

Sin embargo, la ARN polimerasa sola es incapaz de unirse perfectamente a la región promotora. Por lo tanto, CAP ayuda en la unión firme de la ARN polimerasa al promotor. Se une al sitio de unión de CAP en sentido ascendente al promotor. La unión de la CAP al ADN está regulada por una pequeña molécula conocida como AMP cíclico (AMPc). El cAMP sirve como la señal de hambre hecha por E. coli en ausencia de glucosa. La unión del cAMP a CAP cambia la conformación de la CAP, permitiendo la vinculación de la CAP al sitio de unión de la CAP del laca operón Sin embargo, el cAMP está presente en la célula cuando los niveles de glucosa son muy bajos dentro de la célula. Por lo tanto, la activación de la laca El operón solo se puede lograr cuando la glucosa no está disponible para la célula. En conclusión, la activación del laca el operón se puede lograr cuando la glucosa no está disponible y la lactosa está disponible dentro de la célula. Cuando tanto la glucosa como la lactosa están ausentes en la célula, la laca El represor sigue siendo vinculante para el laca Operón, evitando la transcripción del operón..

Glucosa	Lactosa	Mecanismo	Regulación
Ausente	Presente	CAP se une al sitio de enlace de CAP	Expresión del operón lac.
Presente	Ausente	laca El represor se une a la región del operador.	Supresión del operón lac.

Conclusión

los laca El operón es un operón inducible en el que las proteínas requeridas por el metabolismo de la lactosa están presentes en grupos de genes. De ahí, la transcripción de la laca El operón produce una molécula de ARNm policistrónica capaz de sintetizar múltiples productos génicos. los laca El operón se expresa solo en ausencia de glucosa y la presencia de lactosa dentro de la célula para la respiración celular. los laca represor se une a la región del operador de la laca operón cuando la glucosa está fácilmente disponible y la lactosa no está disponible. La PAC se une al operador de la laca operón, ayudando a la transcripción cuando la glucosa no está disponible, y la lactosa está fácilmente disponible. Por lo tanto, la célula se vuelve capaz de utilizar la lactosa en la respiración celular para producir energía..

Imagen de cortesía:

1. "Control de expresión génica" Por ArneLH - Trabajo propio (CC BY-SA 3.0) a través de Commons Wikimedia
2. "Lac operon1" (dominio público) a través de Commons Wikimedia
3. "Operón de Lac" (CC BY 2.0) a través de Commons Wikimedia

Referencia:

1. "Regulación de genes procarióticos". Lumen / biología sin límites, disponible aquí.
2. "El operón lac". Academia Khan, disponible aquí.
3. "Lac Operon: Regulación de la expresión génica en procariotas". Biología, Clases de Byjus, 21 de noviembre de 2017, disponible aquí.