7.18B: El Operón trp - Un Operón Represor

Objetivos de aprendizaje

• Explicar la relación entre estructura y función de un operón y las formas en que los represores regulan la expresión génica

Las bacterias como E. coli necesitan aminoácidos para sobrevivir. El triptófano es uno de esos aminoácidos que E. coli puede ingerir del ambiente. E. coli también puede sintetizar triptófano usando enzimas codificadas por cinco genes. Estos cinco genes están uno al lado del otro en lo que se llama el operón triptófano (trp). Si el triptófano está presente en el ambiente, entonces E. coli no necesita sintetizarlo; se apaga el interruptor que controla la activación de los genes en el operón trp. Sin embargo, cuando la disponibilidad de triptófano es baja, se activa el interruptor que controla el operón, se inicia la transcripción, se expresan los genes y se sintetiza triptófano.

Figura: El operón trp: Los cinco genes que se necesitan para sintetizar triptófano en E. coli se localizan uno al lado del otro en el operón trp. Cuando el triptófano es abundante, dos moléculas de triptófano se unen a la proteína represora en la secuencia operadora. Esto bloquea físicamente que la ARN polimerasa transcriba los genes del triptófano. Cuando el triptófano está ausente, la proteína represora no se une al operador y se transcriben los genes.

Una secuencia de ADN que codifica proteínas se denomina región codificante. Las cinco regiones codificantes para las enzimas de biosíntesis de triptófano están dispuestas secuencialmente en el cromosoma en el operón. Justo antes de la región codificante es el sitio de inicio de la transcripción. Esta es la región del ADN a la que se une la ARN polimerasa para iniciar la transcripción. La secuencia promotora está aguas arriba del sitio de inicio de la transcripción. Cada operón tiene una secuencia dentro o cerca del promotor a la que las proteínas (activadores o represores) pueden unirse y regular la transcripción.

Una secuencia de ADN llamada secuencia operadora se codifica entre la región promotora y el primer gen codificante de trp. Este operador contiene el código de ADN al que se puede unir la proteína represora. Cuando el triptófano está presente en la célula, dos moléculas de triptófano se unen al represor trp, el cual cambia de forma para unirse al operador trp. La unión del complejo triptófano-represor en el operador impide físicamente que la ARN polimerasa se una y transcriba los genes aguas abajo.

Cuando el triptófano no está presente en la célula, el represor por sí mismo no se une al operador; por lo tanto, el operón está activo y se sintetiza triptófano. Debido a que la proteína represora se une activamente al operador para mantener los genes apagados, el operón trp se regula negativamente y las proteínas que se unen al operador para silenciar la expresión de trp son reguladores negativos.

Puntos Clave

• La secuencia operadora se codifica entre la región promotora y el primer gen codificante de trp.
• El operón trp se reprime cuando los niveles de triptófano son altos al unir la proteína represora a la secuencia operadora a través de un corepresor que bloquea la ARN polimerasa de transcribir los genes relacionados con trp.
• El operón trp se activa cuando los niveles de triptófano son bajos por disociación de la proteína represora a la secuencia operadora lo que permite a la ARN polimerasa transcribir los genes trp en el operón.

Términos Clave

• represor: cualquier proteína que se une al ADN y por lo tanto regula la expresión de genes al disminuir la velocidad de transcripción
• operón: una unidad de material genético que funciona de manera coordinada por medio de un operador, un promotor y genes estructurales que se transcriben juntos