Operón Lac

En el caso del operón lac, lac hace referencia a la lactosa, que es un azúcar que se encuentra en la leche, y un operón es una porción de ADN en la que se agrupan genes con funciones relacionadas y que están controlados por el mismo promotor.

En el caso del operón lac, Escherichia coli y otras bacterias necesitan las proteínas que produce para transportar la lactosa al interior de la célula y metabolizarla.

Aunque la glucosa es la fuente de carbono preferida por la mayoría de las bacterias, el operón lac permite a estas bacterias utilizar la lactosa cuando no hay glucosa disponible Se ha estudiado muy bien la regulación génica del operón lac, y por eso se ha convertido en un ejemplo clásico de regulación génica en bacteria Antes de entrar en detalles sobre el operón lac y su funcionamiento, repasemos la expresión génica.

El ADN está formado por genes, y cada gen es básicamente una parte específica del ADN que codifica una proteín Los genes se convierten en proteínas en dos pasos: la transcripción y la traducción.

En la transcripción, la enzima ARN polimerasa copia un segmento de ADN en ARN, concretamente mensajero, o ARNm. La ARN polimerasa desenrolla la doble hélice de ADN para producir el ARNm complementario, que es como un plano sobre qué proteína construi Luego se produce la traducción, en la que unos orgánulos llamados ribosomas se ensamblan y utilizan el ARNm producido durante la transcripción para crear proteínas a partir de los aminoácidos que hay en el citoplasma.

El operón lac forma parte del ADN de E. coli e incluye genes estructurales, como lacZ, lacY y lacA, así como genes reguladores como el promotor y el operador Los genes estructurales lacZYA codifican las proteínas que permiten a E.

coli transportar y metabolizar la lactosa LacZ produce la enzima beta galactosidasa, también llamada lactasa, que descompone la lactosa en glucosa y galactosa.

LacY produce la beta galactosidasa permeable, que permite que la lactosa entre o permee en la célula, y lacA codifica la beta galactósido transacetilasa, cuya función no se conoce del todo.

Además de esos genes estructurales, están el promotor y el operador, que indican al operón cuándo iniciar y detener la transcripció El promotor es una secuencia de nucleótidos del ADN a la que se une la ARN polimerasa para iniciar la transcripción del ARNm.

El operador se encuentra entre el promotor y los genes estructurales y trabaja junto con la proteína represora de lac, codificada por el gen lacI, que se encuentra en sentido ascendente desde el promotor.

Cuando hay glucosa disponible no hay necesidad de metabolizar la lactosa, por lo que la proteína represora de lac se une a la región del operador y bloquea físicamente la ARN polimerasa para que no se una a los genes lacZYA y los transcriba Así, dependiendo de las concentraciones de glucosa y lactosa en la célula, E.

coli puede activar y desactivar los genes del operón lac, como si fuera un interruptor. Si hay mucha glucosa disponible para que E.

coli la utilice como energía, no necesita producir proteínas lacZY Esto sucede incluso cuando hay glucosa y lactosa, porque el metabolismo de la glucosa es más eficiente En esa situación, el represor lac permanece unido al operador bloqueando la ARN polimerasa, y el operón lac está inactivo.

Sin embargo, cuando hay muy poca glucosa y mucha lactosa, el operón lac se activa. Esto se produce porque parte de la lactosa se convierte de forma natural en su isómero, la alolactosa.

La alolactosa se une a la proteína represora de lac y cambia su forma, de modo que se desprende de la región del operador.

Ahora la ARN polimerasa puede desplazarse hacia abajo en el operón para transcribir los genes lacZYA y producir las proteínas necesarias para metabolizar la lact osa.

Una vez que se digiere la lactosa, su concentración disminuye y eso reduce las concentraciones de alolactosa. Sin alolactosa, la proteína represora permanece en su forma natural unida al operador, inactivando el operón lac.

Hay otro inconveniente. La ARN polimerasa no se une tan bien al ADN, por lo que no puede fabricar una gran cantidad de ARNm de los genes lacZYA.

Fabrica algunas proteínas, pero no las suficientes. Aquí interviene la proteína activadora de catabolitos, o CAP La actividad de la CAP está regulada por la concentración de glucosa en la célula.

Cuando hay muy poca glucosa, una enzima llamada adenilato ciclasa convierte una gran cantidad de ATP en AMP cíclico, o AMPc.

El AMPc se une a la CAP y cambia su forma, lo que permite que la CAP se una a una secuencia de ADN justo antes de la región del operón lac.

Cuando la CAP se une, ayuda a la ARN polimerasa a transcribir los genes lacZYA con mayor eficacia, aumentando así la producción de proteínas y la digestión de la lactosa.

También se puede considerar que la CAP es un sensor de glucosa. Cuando las concentraciones de glucosa son bajas, la CAP ayuda a impulsar más la transcripción de la proteína de la lactosa, y cuando las concentraciones de glucosa son altas, la CAP hace lo contrario.

##Resumen Como breve resumen... El operón lac es un conjunto de genes de E.

coli que es responsable de descomponer la lactosa. Si hay mucha lactosa y poca glucosa, la alolactosa se une al represor, lo que hace que la proteína represora se desligue del sitio operador y se produzca un aumento de la transcripción de los genes lacZ, Y y A.

Además, cuando hay una concentración baja de glucosa, hay una gran cantidad de CAP que se une al AMPc y juntos ayudan a la ARN polimerasa a transcribir los genes lacZYA con mayor eficac Cuando hay mucha glucosa y poca lactosa, las concentraciones de CAP permanecen bajas, el represor se mantiene unido al operador y la ARN polimerasa se queda bloqueada y no puede transcribir los genes necesarios para el metabolismo de la lactosa.