Regulación del operón lactosa

Proteínas reguladoras:

CAP cAMP

represor alolactosa

Expresión génica:

CAP

cAMP•CAP•DNA

alolactosa•represor

represor•DNA

Inducción artificial de la expresión:

lactosa

alolactosa

IPTG

La alolactosa se produce a partir de lactosa a través de una reacción secundaria catalizada por la propia β-galactosidasa: Galβ(1-4)Glc ⇌ Gal + Glc ⇌ Galβ(1-6)Glc

El IPTG es un análogo estructural de la alolactosa, capaz de unirse al represor y ejercer de modo permanente el efecto (mantener el represor separado del DNA).

Mientras que el ligando fisiológico del represor, la alolactosa, es hidrolizado por la β-galactosidasa, y por ello su acción no es duradera, el IPTG no sufre tal degradación y puede por ello mantener su acción inductora permanentemente.

Genes y regiones reguladoras:

• lac I: gen que codifica el represor
• lac P: región promotora del operón (no es un gen)
• lac O: región operadora del operón (no es un gen)
lac Z: gen que codifica la β-galactosidasa (EC 3.2.1.23)
lac Y: gen que codifica la permeasa de lactosa
lac A: gen que codifica la transacetilasa de β-galactósidos (EC 2.3.1.18)
• operón

Nota: lac Z, lac Y y lac A pueden llamarse genes, pero más estrictamente son cistrones (cada parte de un gen policistrónico que codifica un solo producto génico). El promotor y el operador regulan la síntesis de un solo mRNA (policistrónico) que se traduce dando las 3 proteínas.

Proteínas:

• CAP (catabolite gene activator protein / cAMP receptor protein, CRP): se une a la región promotora del DNA estimulando la transcripción del operón (control positivo); para unirse al DNA necesita haber unido cAMP
• Represor (o también proteína LacI): se une a la región operadora del DNA e impide la transcripción del operón (control negativo); también une alolactosa o IPTG, en cuyo caso no puede unirse al DNA
• RNA polimerasa: realiza la transcripción del operón, siempre que no resulte bloqueada por el represor; actúa más eficazmente si puede interaccionar con CAP fijado al DNA

Cuando hay lactosa presente la célula puede convertir una pequeña parte en alolactosa. Ésta se une al represor, impidiendo la unión de éste al DNA. Como resultado, deja de reprimirse la transcripción del operón y se pueden sintetizar las enzimas que la célula necesita para captar más lactosa del medio e hidrolizarla como fuente de nutrientes o energía.
Si no hay lactosa disponible, el represor está libre de alolactosa, con lo que se une al DNA y reprime la transcripción del operón.

Cuando hay glucosa presente se reduce la formación de cAMP en la célula. Sin cAMP, CAP permanece inactiva y no se une al DNA, no estimula la transcripción del operón.
Si no hay glucosa disponible se eleva la concentración de cAMP, que se une a CAP activándola y ésta se une al DNA, estimulando la transcripción del operón (siempre y cuando la transcripción no esté bloqueada por el represor).