Los promotores son una región del ADN donde las proteínas se unen para transcribir el gen.
¿Qué es el operón lac?
El operón lac es un grupo de genes con un promotor que codifican proteínas para utilizar la lactosa, cuya estructura química se muestra en la Figura 1, como fuente de energía para las bacterias entéricas. Las bacterias entéricas son bacterias que se encuentran en los intestinos. Recuerda que las bacterias prefieren utilizar la glucosa como su combustible preferido, por lo que para que el operón lac se active, es necesario que no haya glucosa disponible para ellas.
Figura 1. Estructura química de la lactosa. Estructura química de la lactosa. Fuente: Wobble via commons.wikimedia.org
Probablemente habrás oído hablar de problemas con la Escherichia coli que se encuentra en los alimentos y enferma a la gente, pero ¿sabías que la E . coli es en realidad una parte importante del tracto intestinal de tu cuerpo? Hay distintas cepas de E . coli, algunas útiles y otras perjudiciales. Las cepas nocivas son las que infectan a las personas y causan problemas como diarrea, problemas renales y del sistema nervioso, y la muerte. En nuestro organismo, la E. coli útil nos ayuda en la digestión y nos protege de los microbios nocivos. Los científicos también han podido administrar diversas proteínas a E. coli fuera del cuerpo para cosechar distintas proteínas utilizadas en la medicación humana, como la insulina.
Función del operón Lac
Como la glucosa es mucho más fácil de descomponer que la lactosa, el operón lac sólo se activará si no hay glucosa y sólo hay lactosa. Para determinar cuándo debe activarse, el operón lac contiene dos proteínas reguladoras que funcionan como sensores. El represor lac es capaz de detectar la cantidad de lactosa, y la proteína activadora de catabolitos (PAC) es capaz de detectar la cantidad de glucosa. Tanto el represor lac como la CAP se unen al ADN del operón lac y ayudan a la transcripción en función de la cantidad de lactosa y glucosa.
Inductor del operón lac
Los inductores son pequeñas moléculas capaces de activar genes u operones. El inductor del operón lac es la alolactosa, un isómero de la lactosa, lo que significa que la presencia de alolactosa puede activar el operón lac. La lactosa es capaz de convertirse en alolactosa, y la alolactosa es capaz de unirse al represor y cambiar su forma, lo que impide que se una al ADN (Fig. 2).
Los isómeros son compuestos que tienen la misma fórmula química, pero los átomos están dispuestos de forma diferente. Un ejemplo de isómeros es la lactosa y la alolactosa.
Figura 2. Comparación de las estructuras de la lactosa y la alolactosa. Fuente: Wobble via commons.wikimedia.org
Regulación del operón Lac
Hay dos partes principales de regulación del operón lac: el represor lac y la proteína activadora de catabolitos (PAC).
El represor lac es una proteína que impide la transcripción del operón lac. Se une al operador, que cubre parcialmente el promotor e impide que la ARN polimerasa pueda unirse al promotor. El represor lac se une al operador cuando la lactosa no está presente, pero cuando la lactosa está presente, ya no es capaz de unirse al operador, lo que permite que la ARN polimerasa comience la transcripción. Es importante señalar que el gen, lacl, que ayuda a la transcripción del represor lac está continuamente activado y forma parte de un promotor diferente y no del operón lac.
La ARN polimerasa no se une tan bien al promotor como cabría esperar, por lo que necesita que la CAP le ayude uniéndose a una región de ADN próxima al promotor. La CAP unida junto al promotor ayudará a la ARN polimerasa a unirse al promotor. El gen de CAP se encuentra en el cromosoma bacteriano y no está situado cerca del operón lac, pero está constantemente "activado", por lo que CAP siempre puede controlar los niveles de glucosa. CAP no siempre es capaz de unirse al ADN y, en su lugar, se regula mediante AMP cíclico (AMPc). E. coli utiliza el AMPc como señal cuando los niveles de glucosa son bajos, y el AMPc es capaz de cambiar la forma de CAP para permitir que se una al ADN.
Recuerda que los niveles de AMPc dependen de la cantidad de glucosa que pueda transportarse a la célula. Si hay niveles altos de glucosa, entonces hay niveles bajos de AMPc. Si los niveles de glucosa son bajos, los niveles de AMPc son altos.
Estructura del operón lac
Hay tres genes en el operón lac: lacZ, lacY y lacA. Cada uno de estos genes tiene sus propias funciones diferentes, pero se consideran un ARNm único debido a que tienen un promotor. lacZ utiliza una enzima, la β-galactosidasa, para convertir la lactosa en los monosacáridos glucosa y galactosa. lacY utiliza la proteína de membrana lactosa permeasa para ayudar a la lactosa a entrar en la célula. lacA utiliza la enzima transactilasa para unir grupos químicos a moléculas diana.
Junto a los tres genes, el operón lac también contiene el promotor, el operador y el sitio de unión CAP. El promotor es donde puede unirse la ARN polimerasa, la enzima que realiza la transcripción. El operador está unido por la proteína represora lac y cubre parcialmente el promotor. Si la proteína represora lac cubre el promotor, la ARN transcriptasa no puede unirse al promotor. El sitio de unión CAP es donde se une CAP, y cuando está allí, ayuda a la ARN polimerasa a unirse al promotor.
Diagrama del operón Lac
Como puedes ver en la siguiente Figura 3, muestra los tres genes utilizados en el operón lac y los escenarios en los que se activa y no se activa.
Figura 3. Diagrama del operón lac. Fuente: G3pro via commons.wikimedia.org
Operón lac - Puntos clave
- El operón lac gestiona el uso que hacen las bacterias de la lactosa para obtener energía.
- Los operones son grupos de genes gestionados por un promotor.
- El inductor del operón lac es la alolactosa.
- El operón lac está regulado por el represor lac y la proteína activadora de catabolitos (PAC).
- Las partes más importantes del operón lac son los tres genes, lacA, lacY y lacZ, junto con el promotor, el operador y el sitio de unión de la CAP.
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