ESTRUCTURA DEL
OPERÓN LAC Y EL
CONTROL POSITIVO
Bioquímica Experimental, FQ
Objetivos
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Entender el metabolismo de lactosa como un
sistema génico inducible.
Conocer los elementos que integran el operón de
lactosa.
Entender el funcionamiento del operón de la
lactosa en presencia de este carbohidrato
Conocer el concepto de represión catabólica y
cómo se lleva a cabo.
Generalidades de la regulación
genética en bacterias
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Son
mecanismos
desarrollados
por
los
microorganismos que activan o desactivan los genes
en función de las necesidades metabólicas.
Debe existir un sistema de regulación ya que el
genoma completo de todas las células no se están
transcribiendo continuamente, por lo cual se regula
la transcripción, lo que mantiene la eficiencia
genética.
Los genes estructurales están organizados en
grupos controlados por un solo sitio de regulación,
en conjunto estos genes constituyen lo que se
denomina operón.
Regulación Bacteriana
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P: promotor de los genes estructurales E1 ... E4
R: gen regulador (codifica una proteína represora que
regula la transcripción de los genes estructurales)
O:operador (secuencia reconocida por la proteína
represora que impide la transcripción)
Regulación en bacteria
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Los operones inducibles como los reprimibles pueden
estar bajo control positivo ó negativo.
Se han investigado tanto los operones inducibles
como los reprimibles, representados por los
complejos génicos lac y trp respectivamente
Control positivo: La transcripción no se produce
hasta que la molécula reguladora estimule la
producción de RNA
Control Negativo: La expresión genética se produce
hasta que es desconectada por algún tipo de
regulador.
Genes estructurales del operón lac
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En el metabolismo de la lactosa hay tres genes
implicados: Lac Z, Lac Y, Lac A
Gen Lac Z: Especifica la secuencia de
aminoácidos de la enzima β galactosidasa, que
convierte la lactosa en glucosa y galactosa.
Gen Lac Y: Especifica la estructura primaria de la
β galactosidasa permeasa, enzima que facilita la
entrada de lactosa en la célula bacteriana.
Gen Lac A: codifica la enzima transacetilasa.
Así un operón es una agrupación de genes
cuya expresión esta controlada por una
región única denominada operador
Genes estructurales del operón lac
El Operon lac funciona para la utilización de lactosa como
fuente de carbono
Operón Lac
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La estrecha unión condujo a describir que los tres
genes se transcriben como una sola unidad, lo
que resulta en lo que se denomina mRNA
policistrónico.
Los tres genes se regulan coordinadamente ya
que un solo mensajero sirve de base para la
traducción de los tres productos génicos.
Proteína activadora por catabolito
(CAP): Control Positivo del operón lac
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CAP debe estar presente para que facilite el
proceso ya que se une a la región del promotor
Las células prefieren glucosa, y si este presente,
no se activa el operón lac, aun cuando se
disponga de lactosa.
En ausencia de glucosa y en condiciones de
inducción, CAP ejerce un control positivo.
La tasa de transcripción es máxima cuando CAP
esta unido al promotor y el represor debe estar
unido a la lactosa.
En ausencia de Glucosa , los niveles de cAMP
aumentan y no se produce represión
Formación de cAMP a partir de ATP
La unión de CAP
depende de
monofosfato de
adenosina ciclico
(cAMP)
Para que se produzca
la unión CAP debe
estar unido a cAMP
cAMP depende de la
enzima adenil ciclasa
En presencia de Glucosa
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Al estar presente la glucosa, la acción de adenil
ciclasa provoca disminución de nivel de AMPc
Al no forma el complejo cAMP-CAP la RNA
polimerasa no tienen afinidad para unirse al DNA
promotor
Una fuente preferencial de carbono (como es la
glucosa) el mecanismo de regulación positiva del
operón lac se inactiva.
En presencia de glucosa, los niveles de cAMP
decrecen y se produce la represión por catabolito
Durante una primera fase, las
bacterias aprovechan solamente la
fuente más rica de carbono (la
glucosa), creciendo de modo
exponencial durante unas cuantas
generaciones, hasta que agotan esta
glucosa. A continuación se entra en
una corta fase de tipo estacionario,
que conduce a una nueva fase de
crecimiento exponencial (aunque
con un coeficiente  menor que el
de la fase exponencial anterior)
debido a que en ésta las bacterias
han pasado a metabolizar la lactosa.
Mientras exista glucosa en el medio
de cultivo, no se degrada la lactosa,
debido al fenómeno conocido como
represión catabólica
Represión por catabolito del operón lac
(Elección del mejor azúcar a metabolizar)
Glucosa
Lactosa
AMPc
Transcripción
Expresión de bgalactosidasa
Presencia
Ausencia
No hay
No hay
Basal (poco)
Ausencia
Ausencia
No hay
No Hay
Basal (poco)
Presencia
Presencia
Poca
cantidad
Basal
(bajo nivel de
expresión)
Basal (poco)
hasta que se
acaba la glucosa
y entonces
aumenta
Ausencia
Presencia
Gran
cantidad
Alta
Alta
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Estructura del operón lac y el control positivo