Metabolismo da lactose
Se no meio existir glicose, a bactéria utiliza este monossacarídeo como fonte de energia. Se a concentração de glicose no meio for muito reduzida ou mesmo nula a E. coli pode utilizar lactose como fonte alternativa de energia.
A lactose é um dissacarídeo formado por glicose e galactose. Para que a E. coli possa utilizar a lactose como fonte de energia é necessário que a bactéria sintetiza três enzimas: B-galactosidase, a galactose permease e a galactose transacetilase.
Operão lac
Jacob e Monod verificaram que os genes responsáveis pela síntese destas três enzimas – genes estruturais – encontravam-se numa secção contínua da molécula de DNA e eram controlados por outros genes próximos.
Ao conjunto dos genes estruturais com funções relacionadas e dos genes que os controlam chama-se operão.
O Operão da lactose (Operão lac) é formado por três genes estruturais (lac Z, lac Y, lac A), que codificam as enzimas necessárias ao metabolismo da lactose, e por dois segmentos de DNA que controlam a transcrição dos genes estruturais – o promotor e o operador.
O Promotor é a região onde a enzima RNA polimerase, responsável pela transcrição dos genes estruturais, se liga.
O operador controla o acesso desta enzima aos genes estruturais.
Lactose Ausente
Quando não existe lactose no meio, um repressor está ligado ao operador, bloqueando a transcrição dos genes estruturais.
Esta proteína repressora é codificada por um gene que se situa fora do operão e é designado gene repressor ou gene regulador, constantemente transcrito e traduzido. Assim, a bactéria produz continuamente pequenas quantidades de proteínas repressoras.
Lactose Presente
Quando existe lactose no meio, esta molécula liga-se ao repressor, altera a sua conformação de tal forma que este se torna inactivo, desligando-se do operador.
Assim, o operador fica livre, permitindo que os genes estruturais sejam transcritos e, posteriormente, traduzidos, formando-se as enzimas necessárias ao metabolismo da lactose.
Regulação da expressão Génica
A lactose funciona como um Indutor, pois a sua presença permite activar o operão.
Por este facto, o Operão da lactose é, por vezes, designado operão indutível.
Quando a concentração de lactose começa a baixar drasticamente devido à acção catalítica das enzimas, a lactose desliga-se do repressor, que, ao voltar a ficar activo, liga-se ao operador, bloqueando a transcrição do operão.
Assim, garante uma poupança de recursos devido aos fenómenos de auto-regulação descritos.
Funcionamento de um operão do tipo indutível
Na AUSÊNCIA de lactose:
• O gene regulador determina a síntese de um repressor.
• O repressor bloqueia o gene promotor ao ligar-se ao operador.
• A RNA polimerase não se liga ao promotor.
• Os genes estruturais não são transcritos.
• Não ocorre a síntese das três enzimas.
Na PRESENÇA de lactose:
• A lactose liga-se ao repressor, inactivando-o.
• O gene operador fica desbloqueado.
• A enzima RNA polimerase liga-se ao promotor.
• Os genes estruturais são transcritos.
• Dá-se a síntese das enzimas.
O operão do triptofano (operão trp) é formado por cinco genes estruturais que codificam as enzimas necessárias à síntese do aminoácido triptofano, associados a um promotor e a um operador.
Quando a concentração intracelular de triptofano está baixa, as enzimas necessárias à sua síntese são produzidas por transcrição dos genes estruturais, conduzindo a um aumento da concentração do aminoácido.
Quando a concentração de triptofano atinge níveis elevados algumas moléculas do aminoácido ligam-se ao repressor, alterando a sua conformação e tornando-o activo (o triptofano é um co-repressor).
