El operón gal es un operón procariota , que codifica las enzimas necesarias para el metabolismo de la galactosa . [1] La represión de la expresión génica de este operón funciona mediante la unión de moléculas represoras a dos operadores. Estos represores se dimerizan, creando un bucle en el ADN. El bucle, así como el obstáculo del operador externo, evitan que la ARN polimerasa se una al promotor y, por lo tanto, evitan la transcripción . [2] Además, dado que el metabolismo de la galactosa en la célula está involucrado en rutas tanto anabólicas como catabólicas, se ha identificado y caracterizado un nuevo sistema regulador que utiliza dos promotores para la represión diferencial dentro del contexto del operón gal .
Estructura
El operón gal de E. coli consta de 4 genes estructurales: galE (epimerasa), galT (galactosa transferasa), galK (galactoquinasa) y galM (mutarotasa) que se transcriben a partir de dos promotores superpuestos, PG1 (+1) y PG2 ( -5), aguas arriba de galE . [3] GalE codifica una epimerasa que convierte UDP-glucosa en UDP-galactosa. Esto es necesario para la formación de UDP-galactosa para la biosíntesis de la pared celular , en particular el lipopolisacárido del componente de la pared celular, incluso cuando las células no utilizan galactosa como fuente de carbono / energía. [4] GalT codifica la proteína galactosiltransferasa que cataliza la transferencia de un azúcar galactosa a un aceptor, formando un enlace glicosídico. [5] GalK codifica una quinasa que fosforila α-D-galactosa a galactosa 1-fosfato . [6] Por último, galM cataliza la conversión de β-D-galactosa en α-D-galactosa como primer paso en el metabolismo de la galactosa. [7]
El operón gal contiene dos operadores , O E (para externos) y O I (para internos). El primero está justo corriente arriba del promotor y el segundo está justo después del gen galE (el primer gen del operón). Estos operadores unen al represor, GalR, que está codificado desde fuera de la región del operador. Para que esta proteína represora funcione correctamente, el operón también contiene un sitio de unión de histonas para facilitar este proceso. [8]
Un sitio adicional, conocido como sitio de activación, se encuentra siguiendo al operador externo, pero corriente arriba de PG2. Este sitio sirve como región de unión para el complejo cAMP-CRP, que modula la actividad de los promotores y, por tanto, la expresión génica. [9]
Mecanismo
El gen galR no ligado codifica el represor de este sistema. Un represor tetramérico GalR se une a 2 operadores, uno ubicado en +55 y otro ubicado en -60 con respecto al sitio de inicio de PG1. El bucle del ADN bloquea el acceso de la ARN polimerasa a los promotores y / o inhibe la formación del complejo abierto. Este bucle requiere la presencia de la proteína similar a histona, HU, para facilitar la formación de la estructura y permitir una represión adecuada. [8] Cuando GalR se une como un dímero al sitio -60 solamente, el promotor PG2 se activa, no se reprime, lo que permite que se produzcan niveles basales de GalE. En este estado, el promotor PG1 se inactiva mediante interacciones con la subunidad alfa de la ARN polimerasa. [2] La actividad de esta proteína represora se controla en función de los niveles de D-galactosa en la célula. Los niveles elevados de este azúcar inhiben la actividad del represor al unirse alostéricamente, lo que resulta en un cambio conformacional de la proteína, que suprime sus interacciones con la ARN polimerasa y el ADN. [10] Esto induce la actividad del operón, lo que aumentará la tasa de metabolismo de la galactosa.
El operón gal también está controlado por CRP-cAMP, de forma similar al operón lac. CRP-cAMP se une a la región -35, promoviendo la transcripción de PG1 pero inhibiendo la transcripción de PG2. Esto se logra debido a la ubicación de la secuencia de activación. Cuando CRP-cAMP se une a la secuencia de activación, bloquea la ARN polimerasa para que no establezca un complejo abierto con PG2, pero potencia un complejo cerrado con ARN polimerasa en PG1. Esto reprime la actividad del promotor PG2 y aumenta la actividad del promotor PG1. [9] Cuando las células crecen en glucosa , se produce la transcripción del nivel basal a partir de PG2.
Ver también
Referencias
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