2 Tipos de Sistema Operon de Genética Vantagens da Regulação Genética

Um operon é uma parte do material genético (ou DNA) que atua como uma única unidade regulada tendo um ou mais genes estruturais, um gene operador, um gene promotor, um gene regulador, um repressor e um indutor ou corepressor (de fora). Genes de operador, promotor e regulador constituem a região reguladora.

Os sistemas de operação são comuns em procariontes. O primeiro operon em operação foi descoberto por Jacob e Monad (1961). Mais tarde, um número de tais operons foram descobertos, por exemplo, trp-operon, ara-operon, his-operon, vol-operon. Os operadores são de dois tipos, indutíveis e repressíveis.

Imagem Cortesia: upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/d2/Lac_operon-2010-21-01.png

Sistema de Operador Induzível - Operador de Laca (Fig. 6.34):

Um sistema de operon indutível é uma unidade regulada de material genético que é ligada em resposta à presença de um produto químico. Consiste nas seguintes partes:

Genes Estruturais:

Eles são aqueles genes que realmente sintetizam mRNAs. Um mRNA controla a atividade metabólica do citoplasma através da formação de proteína ou enzima sobre os ribossomos. Um operon tem um ou mais genes estruturais. A lactose ou lac-operon de Escherichia coli contém três genes estruturais (Z, Y, A).

Eles transcrevem uma molécula de mRNA poiescistrônica que ajuda na síntese de três enzimas - P-galactosidase para hidrólise de lactose ou galactosídeo, lactose ou galactosídeo permease para permitir a entrada de lactose de fora e tiogalactosídeo acetilase ou transacetilase para metabolizar tiogalactosídeos tóxicos que também são permitidas a entrada por permease de lactose.

As três enzimas são, no entanto, produzidas em diferentes concentrações molares. Um nível muito baixo de expressão de laceton e, consequentemente, de suas enzimas está sempre presente. A entrada inicial de lactose em bactéria ocorreria apenas devido a essa atividade.

Operador Gene:

É um gene que controla diretamente a síntese de mRNAs sobre os genes estruturais. Está desligado pela presença de um repressor. Um indutor pode tirar o repressor e ligar o gene. O gene então direciona os genes estruturais para transcrever. O gene operador do lac operon é constituído por apenas 27 pares de bases.

Gene Promotor:

Ele age como um sinal de iniciação que funciona como centro de reconhecimento da RNA polimerase, desde que o gene do operador seja ligado. A RNA polimerase está ligada ao gene promotor. Quando o gene do operador é funcional, a polimerase se move sobre ela e alcança os genes estruturais para realizar a transcrição.

Gene Regulador (lac i-Gene):

Em lac-operon, é chamado de i-gene porque produz um inibidor ou repressor. O repressor liga-se ao gene do operador e interrompe o funcionamento do último. Ela exerce um controle negativo sobre o funcionamento dos genes estruturais.

Repressor:

É proteína reguladora sintetizada o tempo todo (constitutivamente) pelo regulador i-gene. Repressor destina-se a bloquear o gene do operador de modo que os genes estruturais sejam incapazes de formar mRNAs. Possui dois sítios alostéricos, um para ligar ao gene do operador e segundo para a ligação ao indutor.

Depois de entrar em contato com o indutor, o repressor sofre uma mudança conformacional de tal forma que não consegue se combinar com o operador. O repressor de lactose ou lac-operon é uma proteína com um peso molecular de 160.000. É composto de quatro subunidades, cada uma com peso molecular de 40.000.

Indutor:

É um produto químico (substrato, hormônio ou algum outro metabólito) que, depois de entrar em contato com o repressor, altera o último para um estado de não ligação ao DNA, de modo a liberar o gene do operador. O indutor de lac-operon de Escherichia coli é lactose (na verdade alolactose, ou metabólito da lactose).

BONÉ:

É ativador chamado proteína ativadora catabólica. Exerce um controle positivo em laceton porque, na sua ausência, a RNA polimerase é incapaz de reconhecer o gene promotor. Seu gene está localizado longe do operon, mas o local do receptor CAP ocorre perto do promotor lac. CAP ativa genes lac somente quando a glicose está ausente.

A RNA polimerase é reconhecida pelo gene promotor. Ele passa sobre o gene operador liberado e, em seguida, catalisa a transcrição de mRNAs sobre os genes estruturais. Os mRNAs passam para o citoplasma e formam proteínas ou enzimas específicas. Das três enzimas produzidas pela lac-operon, a lactose-permease destina-se a trazer a lactose para o interior da célula. A gal-galactosidase (= lactase) quebra a lactose em dois componentes, glicose e galactose. A enzima como lactase ou (3-galactosidase que é formada em resposta à presença de seu substrato é freqüentemente chamada de enzima indutível ou adaptativa.

Sistemas operatórios induzidos geralmente ocorrem em vias catabólicas. O lac-operon não permanecerá operativo indefinidamente, apesar da presença de lactose no ambiente externo.

Parará sua atividade com o acúmulo de glicose e galactose na célula além da capacidade da bactéria para seu metabolismo. Lac -operon também está sob controle da regulação positiva.

Sistema de Operador Repressível (Fig. 6.35):

Sistema operatório repressível é comumente encontrado em vias anabólicas. O operon é ativo e as enzimas produzidas por seus genes estruturais estão normalmente presentes na célula. O funcionamento do operon é interrompido quando a concentração de um produto final ultrapassa um valor limite. Um exemplo de sistema repressível é o triptofano ou trp operon de Escherichia coli. Também foi elaborado por Jacob e Monod e consiste no seguinte:

Genes Estruturais:

Os genes estão ligados à transcrição de mRNAs. Os mRNAs traduzem suas informações codificadas na síntese de polipeptídeos. Os polipeptídeos dão origem a substâncias proteicas, incluindo enzimas. O operon do triptofano tem cinco genes estruturais - trp E, D,,, B, A. Eles formam enzimas para cinco etapas da síntese do triptofano.

Operador Gene:

Controla o funcionamento de genes estruturais. Normalmente é mantido ligado porque o aporepressor produzido pelo gene regulador é incapaz de bloquear completamente o gene do operador. O gene do operador é desligado quando um compressor de núcleo está disponível junto com o aporepressor.

Gene Promotor:

É o local de ligação inicial da RNA polimerase. Este último viaja do gene promotor para os genes estruturais, desde que o gene do operador seja ligado.

Outros componentes da região reguladora:

Dois componentes da região reguladora ocorrem entre o gene do operador e o gene estrutural E. Eles são a sequência líder (L) e o atenuador (A). A sequência líder está envolvida no controle do atenuador. Atenuador ajuda na redução da síntese de triptofano quando está presente em quantidade suficiente sem desligar o operon.

Regulador Gene (trp R):

Forma um componente proteico para possível bloqueio da atividade do gene do operador. O gene regulador do operon do triptofano está a uma distância do operão remanescente.

Aporepressor:

É uma substância proteica sintetizada pelo gene regulador. O aporepressor forma um componente do repressor para bloquear o funcionamento do gene do operador. Para isso, requer um corepressor. Quando o último não está disponível em força adequada, o gene do operador é mantido ligado porque, por si só, o aporepressor é incapaz de bloquear o funcionamento do gene do operador.

Corepressor:

É um componente não-proteináceo do repressor que também é um produto final de reações catalisadas por enzimas produzidas através da atividade de genes estruturais. O produto final é frequentemente utilizado em alguma outra reação, de modo que raramente se acumula e, portanto, não funciona como corepressor.

No entanto, sempre que se acumula ou se torna disponível a partir de fontes externas, o produto final se torna corepressor, combina com o aporepressor, forma repressor e bloqueia o gene do operador.

Os genes estruturais agora param a transcrição. O fenômeno é conhecido como repressão de feed-back. Isso exerce um controle negativo. No triptofano operon, o triptofano (um aminoácido) funciona como corepressor.

Diferenças entre indução e repressão:

Indução:

1. É a ativação de um operon que normalmente permanece desligado.

2. A indução é causada por um novo substrato que deve ser manuseado e metabolizado.

3. Geralmente está conectado com um caminho catabólico.

4. O gene regulador de um operon, passível de sofrer indução, produz um repressor que bloqueia o gene do operador.

5. A indução é a remoção do repressor de um operão pelo metabolito indutor.

6. Indutor é substrato, hormônio ou seu subproduto.

7. Traz transcrição e tradução.

Repressão:

1. Está desligando de um operon que normalmente permanece ligado.

2. A repressão é causada pelo aumento da formação ou disponibilidade de um metabolito.

3. A repressão está principalmente relacionada a um caminho anabólico.

4. O gene regulador de um operon, passível de sofrer repressão, produz uma parte do repressor chamado aporepressor. O mesmo não pode bloquear o gene do operador.

5. A repressão é o bloqueio do gene operador do operon através de um repressor complexo que é formado pela união do aporepressor formado pelo gene regulador e pelo corepressor, que na verdade é um produto da via anabólica.

6. Repressor é um composto formado por um aporepressor e um corepressor que é comumente um produto final da via metabólica.

7. A repressão interrompe a transcrição e a tradução.

Vantagens da regulação genética:

1. Vários genes relacionados necessários para uma atividade metabólica específica podem ser ativados ou desativados simultaneamente.

2. A regulação gênica permite que a célula ajuste o metabolismo de acordo com a exigência de mudanças e desenvolvimento ambientais.

3. É econômico, pois sintetiza enzimas apenas quando necessário.

4. A regulação genética ajuda no crescimento e diferenciação.

5. É útil na conclusão suave de reações em cadeia.