Esse tópico é estudado em genética bacteriana e como ocorre o controle de sua expressão gênica.

Não existe apenas um tipo de operon. Outro muito conhecido refere-se à produção do aminoácido triptofano (denominado Operon Triptofano), onde o princípio é o mesmo, caso haja necessidade a produção ocorre (transcrição e tradução), porém se célula já obtiver quantidade necessária do aminoácido, o processo é bloqueado impedindo à formação de triptofano, consequentemente cessando o gasto de ATP, importante para o metabolismo celular. Em outro tópico esse mecanismo será evidenciado, por ora, vejamos como funciona o operon LAC e sua importância.

Como caracteriza-se o Operon?

Região promotora + operadora, ambas do DNA (específicas na atuação da RNApolimerase) + conjunto de genes (Lac Z; Lac A e Lac B) que serão transcritos em uma fita de RNAm policistrônico (característico em bactérias) que será traduzido em um conjunto de proteínas importantes na degradação da lactose (dissacarídeo) em galactose e glicose (monossacarídeos), fontes de energia necessárias para a bactéria, no caso Escherichia coli, específico do operon LAC.

Para o funcionamento do Operon é necessário que haja falta de glicose (monossacarídeo) e a presença da lactose (dissacarídeo) que é a junção de galactose e glicose. Ou seja, quando -Glicose e +Lactose.

Fonte: Prince George’s Community College.

O operon não funciona quando:

-Glicose e -Lactose;

+Glicose e -Lactose;

+Glicose e +Lactose.

 Veja como funciona os 4 casos, começando pelos 3 em que operon não funciona:

+Glicose e –Lactose

Quando há a presença de glicose a bactéria não necessita gastar energia na degradação de um dissacarídeo (lactose), visto que é fonte primária de energia, porém se falarmos bioquimicamente a presença de glicose em altas concetrações inibem a presença do AMPc (segundo mensageiro), que é importante para a ativação de uma outra proteína denominada CAP (proteína ativadora de genes) e essa protéina aumenta a afinidade química entre a enzima RNA polimerase e a região promotora. Com a baixa concentração de lactose, a proteína repressora continua na região denominada operadora, impedindo assim a transcrição e consequentemene a expressão gênica. Operon desativado.

-Glicose e –Lactose

Operon também desativado. Isso se dá pela baixa concentração de lactose, com isso não ocorre a ligação com a proteína repressora e consequentemente a RNA polimerase não atua. Fora que com a baixa concentração de glicose, a bactéria não tem energia necessária para nenhum evento biológico. Mesmo que haja altas concentrações de AMPc e consequentemente CAP, a RNA polimerase não consegue atuar devido à presença da proteína repressora.

+Glicose e +Lactose

Mesmo que haja presença alta de lactose e consequentemente desativação da proteína repressora, a bactéria não necessita gastar energia para converter um dissacarídeo em dois monossacarídeos, visto que já contém a fonte primária. Outro fator é a baixa concentração de AMPc devido às altas concentrações de glicose circundantes, com pouco AMPc ocorre baixa concentração de CAP e menor interação da RNA polimerase com a região promotora. Operon desativado.

-Glicose e +Lactose (funcionamento do operon)

Operon ativado, único caso onde o operon “funciona”, pois com as baixas concentrações de glicose (fonte primária de energia) e a presença de lactose (galactose e glicose) a bactéria necessita clivá-la e absorver sua energia, fonte de carbono.

Com a baixa presença de glicose, as concentrações de AMPc aumentam e esse segundo mensageiro liga-se à região alostérica da proteína CAP, por sua vez essa proteína aumenta a interação entre RNA polimerase e a região do promotor. Ao mesmo tempo, a alta de concentração lactose faz com que a mesma seja metabolizada em alolactose que se ligará na região alostérica da proteína repressora, fazendo com que essa saia da região operadora do DNA.

Fonte: Prince George’s Community College.

Com isso a RNA polimerase poderá atuar e transcrever os genes Lacs, cada um com suas funções, sendo enunciadas como por exemplo a permease, galactosidase e etc. Posteriormente, com a fita de RNAm policistrônico pronta, a tradução ocorre e as enzimas necessárias atuam sobre a molécula de lactose, segregando-a em galactose e glicose, monossacarídeos, fontes primárias de energia para a E.coli.

Mais detalhes sobre o Operon Lac você pode encontrar nos links abaixo:

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Felipe Diniz

Acadêmico de Ciências Biológicas pela UERJ/FFP com grande interesse em docência e divulgação científica. Leciona Química no programa de pré-vestibular comunitário da UERJ e atualmente trabalha com macroalgas bentônicas marinhas e estuarinas.