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Operon

Última atualização em 19 de agosto de 2022

Definição de operon

Um operon é um cluster de genes funcionalmente relacionados que são controlados por um operador compartilhado. Operons consistem em vários genes agrupados com um promotor e um operador. Os operons estão presentes em procariontes (bactérias e archaea), mas estão ausentes nos eucariotos. Em algumas situações, vários operons são controlados pela mesma proteína reguladora; Nesses casos, os operons formam um regulon. Os operons foram identificados pela primeira vez como um modo de controle de expressão gênica em 1961 por François Jacob e Jacques Monod.

Estrutura operon

Operons são regiões de DNA que contêm grupos de genes relacionados. Eles são compostos por uma região promotora, um operador e vários genes relacionados. O operador pode estar localizado dentro do promotor ou entre o promotor e os genes. A RNA polimerase inicia a transcrição por ligação à região do promotor. A localização do operador é importante, pois sua regulamentação permite ou impede a transcrição dos genes no mRNA.

Função operon

Um operon é um pacote completo para expressão gênica e síntese de polipeptídeos. Ao combinar os genes relacionados, todos os polipeptídeos necessários para uma função específica são sintetizados em resposta a um único estímulo. Por exemplo, a bactéria Escherichia coli contém vários genes agrupados em operons e regulões: o operon lac, que está envolvido na degradação da lactose, o TRP operon que está envolvido na biossíntese de triptofano e o seu operon que está envolvido na biossíntese de histidossínteia. Esses operons estão ligados quando os produtos genéticos são necessários.

Operons pode estar sob controle negativo ou positivo. O controle negativo envolve desligar o operon na presença de um repressor; Isso pode ser repressível ou induzível. Um operon repressível é aquele que geralmente está ligado, mas que pode ser reprimido na presença de uma molécula repressora. O repressor se liga ao operador de forma que o movimento ou ligação da RNA polimerase seja bloqueado e a transcrição não pode prosseguir. Um operon induzível é aquele que geralmente está desligado. Na ausência de um indutor, o operador é bloqueado por uma molécula repressora. Quando o indutor está presente, interage com a proteína repressora, liberando -a do operador e permitindo que a transcrição prossiga. Os operons repressíveis estão geralmente envolvidos em vias anabólicas, ou na síntese de um componente essencial, enquanto os operons induzíveis geralmente estão envolvidos em vias catabólicas ou na quebra de um nutriente. O controle positivo de um operon é quando a expressão gênica é estimulada pela presença de uma proteína reguladora.

Lac operon

O lac operon é o exemplo clássico do operon e é responsável pela degradação da lactose da proteína do leite. O lac operon é um operon induzível; Na ausência de lactose, o operador é bloqueado por uma proteína repressora. O operon é composto por um promotor com operador e três genes (lacZ, rendado e laca) que codificam a β-galactosidase, permease e transacetilase. Os três genes estão envolvidos na quebra da lactose em seus metabólitos: a β-galactosidase quebra a lactose em glicose e galactose, enquanto as outras duas proteínas ajudam no processo metabólico. A expressão do lac operon é controlada pelo gene regulatório LACI, localizado imediatamente adjacente à região promotora. O LACI codifica uma proteína repressora alostérica que mantém o lac operon “desligado”.

Para que o operon lac seja ativado, uma molécula indutora deve inativar a proteína repressora. A molécula indutora neste sistema é alolactose, um isômero de lactose. Quando a lactose e seu isômero estão presentes na célula, a alolactose se ligará a locais alostéricos na proteína repressora, alterando sua conformação e tornando -a inativa. Como o reproduza da proteína repressora do operador, a RNA polimerase pode se ligar ao promotor, a transcrição pode ocorrer e os três genes de degradação da lactose podem ser sintetizados.

A figura mostra a estrutura do operon lac e o gene repressor de lacr adjacente.

O lac operon também está sob regulação de genes positivos. Enquanto a remoção da proteína repressora na presença de lactose é necessária para a síntese dos genes LacZ, Lacy e LACA, a expressão gênica permanecerá baixa. O nível de expressão gênica é controlado pela quantidade da fonte de energia preferida, a glicose, na célula. Esse controle é regulado por uma proteína reguladora alostérica, proteína ativadora de catabolito (CAP). Quando os níveis de glicose na célula são baixos, o amplificador cíclico da molécula orgânica está em alta concentração. O AMP cíclico ativa a CAP, ligando -se aos locais alostéricos, fazendo com que o CAP se conecte ao promotor lac operon. Ao contrário das proteínas do repressor, a ligação do CAP ao operon lac estimula a expressão gênica. Quando os níveis de glicose celular aumentam, os níveis de AMP cíclica na célula diminuem e a proteína ativadora se desassociará do promotor. A transcrição retornará a níveis baixos ou desligará se a repressora proteína recoloca.

A figura mostra o operon lac e como sua expressão gênica está sob controle positivo e negativo.

TRP Operon

O TRP Operon é responsável pela síntese do aminoácido Trytophan quando não está disponível no ambiente. O TRP Operon é composto por um promotor com um operador e cinco genes que codificam enzimas para a síntese de triptofano. O operon TRP é regulado pelo gene regulatório TRPR, um gene localizado a uma distância do operon TRP.

O TRP Operon é um exemplo de um operon repressível; está ligado, a menos que seja desligado por uma proteína repressora. A proteína repressora é sintetizada por TRPR. Enquanto a proteína repressora está sempre presente na célula, ela é sintetizada de forma inativa. Quando um corepressor está presente, neste caso o triptofano, ele se liga à proteína repressora em um local alostérico. Isso altera a conformação da proteína, de modo que ela possa se ligar ao operador e bloquear a transcrição, impedindo a ligação da RNA polimerase ao promotor. Dessa maneira, a célula economiza energia por não produzir triptofano quando já está presente.

A figura mostra o operon TRP com o gene repressor, o promotor, o operador e cinco genes sintetizadores de triptofano.

Questionário

1. Qual dos seguintes organismos contém operons? A. levedura B. Bivalves C. Árvores D. Archaea

Resposta à pergunta nº 1

D está correto. Os operons estão presentes no DNA dos procariontes. Isso inclui archaea e bactérias, mas não são encontradas em fungos, animais ou plantas.

2. Como o lac operon é regulado? A. Controle positivo B. Controle negativo C. induzível D. todos os acima acima

Resposta à pergunta nº 2

D está correto. O operon lac é controlado pela regulação positiva e negativa. Para regulação positiva, requer a presença de uma proteína ativadora, o CAP, para que a transcrição ocorra em níveis mais do que muito baixos. Para regulação negativa, requer a remoção da proteína repressora pela molécula indutora, alolactose.

3. Os operons repressíveis estão sob controle positivo ou negativo? A. positivo B. negativo

Resposta à pergunta nº 3

B está correto. Operons repressíveis são operons que estão naturalmente “ligados”, a menos que uma proteína repressora os desative. Como a proteína repressora ativa está impedindo a expressão gênica, diz -se que está sob controle negativo.

Referências

  • Campbell, N. A., & Reece, J. B. (2005) .Biology, 7th. ed. CH. 18. San Francisco, CA: Benjamin Cummings. ISBN: 0-8053-7171-0.
  • Madigan, M. T., & Martinko, J.M. (2006) .Brock Biology of Microorganismos, 11º. ed. Chs. 8 e 10. Upper Saddle River, NJ: Pearson Prentice Hall. ISBN: 0-13-144329-1.

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