modulo xi regulacion metabÓlica

Instituto Politécnico NacionalEscuela Nacional de Ciencias Biológicas

Departamento de MicrobiologíaLaboratorio de Bioquímica Microbiana

BIOQUÍMICA MICROBIANA PARA INGENIERÍA BIOQUÍMICA

M en C. Carlos Jorge Martínez Canseco.

MODULO XI.

REGULACIÓN DEL METABOLISMO

Regulación y control del metabolismo. El crecimiento equilibrado de un microorganismo requiere la integración de un gran número de rutas metabólicas interconectadas que participan en la generación de energía y la biosíntesis. Las rutas del anabolismo y del catabolismo se llevan a cabo mediante una serie de reacciones con enzimas y es a través de ellas que se ejerce el control. El control o regulación de estas enzimas puede tomar dos formas básicas: control de la actividad enzimática y control en el número de moléculas (síntesis) de la enzima.

Formas de control metabólico enzimático. Tipos de controles bioquímicos.

A. Control de la actividad enzimática.

B. Control en la síntesis (número) de moléculas de la enzima.

1. Control por sustrato 1. Control de la transcripción. 2. Control alostérico. a. Al inicio 3. Control por retroalimentación. b. Por unidades sigma alternativas a. Simple. c. Por proteínas reguladoras b. Secuencial. d. Control negativo con inducción: operon lac c. Múltiple. e. Control negativo con represión:operón trp d. Concertado. f. Control positivo con inducción: represión

catabólica e. Acumulativo. g. Atenuación de la transcripción 4. Control integral mediante la carga energética.

2. Control traduccional.

5. Modificación de la enzima. a. Síntesis de las proteínas ribosómicas. a) Modificación irreversible. b. RNA antiparalelo b) Modificación reversible 3. Sistemas reguladores globales . 4. Degradación de la enzima.

1.- Control de la actividad enzimáticaControl por sustrato.

El nivel de control más simple, la velocidad de reacción es función de la concentración de sustrato (Michaelis-Menten).

Enzimas que catalizan una reacción reversible y dependen de una cierta concentración de sustrato para operar, a menudo no parecen tener sustrato suficiente cuando éste se calcula por célula.

En células eucarióticas, la compartimentalización permite a las enzimas asociarse espacialmente en las estructuras membranosas, que pueden dar concentraciones locales de sustrato muy altas.

Otros factores necesarios para la actividad como los iones metálicos, co-enzimas, pH y temperatura

2.- Control alostérico. Enzimas Alostéricas (Alostérico = diferentes formas).

2.Control alostérico. Enzimas Alostéricas (Alostérico = diferentes formas).Generalmente son constitutivasEstructura cuaternaria de Subunidades Múltiples

Cada subunidad catalítica tiene su propio sitio activo, puede unir más de una moléculaCambian de forma activa a inactiva como resultado de la unión del sustrato al sitio activo y otras moléculas en el sitio regulador.El cambio en la velocidad de reacción con concentraciones aumentantes de sustrato es una curva en “S” . No siguen la cinética Michaelis-Menten.1) Homotrópicas: El sustrato puede actuar como efector positivo sobre la velocidad de la reacción enzimática2) Heterotrópicas:La inhibición o estimulación es causada por sustancias de origen natural que no sea el sustrato.3) Mixtas: Algunas enzimas muestran ambas características.

3. Control por retroalimentaciónSistema por el cual las enzimas reguladoras con comportamiento alostérico controlan varias vías.Forma más simple, retroinhibición o inhibición por producto final. Estas enzimas alostéricas se localizan en o cerca del comienzo de una vía enzimática y que son inhibidas o estimuladas por el producto final de esa vía. Muchos de estos tipos de control han sido investigados en la síntesis de aminoácidos en E. coli y se pueden identificar en muchos sistemas.

A. Retroinhibición simple. Síntesis de Isoleucina: Treonina Desaminasa

TREONINA

Treonina desaminasa

Acido ,-dihidroxi--metilvalérico

Acido -ceto--matilvalérico

Acido -cetobutírico

Acido -auto--hidroxibutírico

ISOLEUCINA

3. Control por retroalimentación

B. Retroinhibición secuencial.

Síntesis de los aminoácidos aromáticos fenilalanina, tirosina y triptófano.En vías anabólicas ramificadas los productos finales y el intermediaro común, ejercen un control independiente en cascada inversa. El control es sobre la expresión de varios operones.

PEP + eritrosa 4P 1.

Antranilato sintetasas

AroF,AroG, AroH

Acido shikímico –5 P

Acido 3-enolpiruvilshikímico 5 P

Ácido corísmico

2.Corismato mutasa TyrA,PheA 3. Antranilato cintasa TrpE

Acido prefénico Acido antranílico

Acido fenilpirúvico TRIPTOFANO

FENILALANINA

TIROSINA


C. Modelo de las Interacciones concertadas.

La unión de una molécula de sustrato convierte a la enzima (todas las subunidades) a una forma de alta afinidad, la cual puede unir más rápidamente al sustrato Las enzimas reguladoras en el punto de ramificación de una vía enzimática, tienen sitios múltiples para efectores alostéricos diferentes.De modo que la inhibición completa se puede lograr sólo cuando ambos efectores estén presentes:

Ac. Corísmico

Ac. prefénico

Ac. fenilpirúvico

FENILALANINA

TIROSINA

Fenilalanina y Tirosina sobre Corismato mutasa TyrA,PheA


D. Control enzimático múltiple. En el comienzo de una ruta ramificada la actividad enzimática se presenta en más de una forma (isoenzima). Cada isoenzima es inhibida por cada uno de los productos finales.

Ejemplo: E.coli control de la lisina, metionina y la isoleucina sobre las isoformas de asparto cinasa, que se presenta en tres formas, las cuales son afectadas en forma separada.

Aspartato

Isoenzimas de la Aspartato cinasa

Aspartil - P

Aspartato semialdehido

Homoserina-P

LISINA

METIONINA

Homoserina-P

TREONINA

1 2 3


E.Control por retroalimentación acumulativa.(retrocontrol acumulativo)En algunas enzimas regulatorias, los productos finales de la vía son muy diferentes. La enzima tiene múltiples sitios alostéricos.Los efectores originan individualmente sólo la inhibición parcial. Se requieren cantidades saturantes de todos los efectores para completar la inhibición. Ejemplo: glutamina sinteasa, la cual participa en diversas vías que conducen a varios compuestos

GLUTAMATO

ATP

NH4

GLUTAMINA SINTETASA

GLUTAMINA

AMP

CTP

Carbamol – 6P

Glucosamina 6P

Histidina

Triptofano

Alanina

ADP+P Glicina

4. Control Integral mediante la carga energética.

El balance intracelular entre el uso y la producción de ATP en células en crecimiento no esta en equilibrio. En períodos cortos, el contenido de compuestos adenilados, AMP, ADP y ATP, se puede considerar constante. Por lo tanto, la cantidad de energía presente en la célula puede considerarse como la proporción de ATP y ADP con respecto al total de compuestos adenilados, el ATP es el doble de ADP. Esta suma se conoce como la carga

energética (CE):

AMPADPATP

ADPATPenergéticaac

2/1

arg

4. Control Integral mediante la carga energética.

La CE tiene efecto sobre algunas enzimas involucradas en el uso o generación del

ATP en el metabolismo celular: fosfofructocinasa y la piruvato deshidrogenasa.

Fosfofructocinasa participa en una etapa esencialmente irreversible de la

glucólisis,es estimulada tanto por ADP como por AMP, e inhibida por ATP y

nitrato.

Si CE es baja, la fosfofructocinasa se activa y el flujo de carbono a través de la

glucólisis aumenta para producir más ATP.

piruvato deshidrogenasa forma acetil CoA a partir de piruvato, es irreversible y,

por lo tanto, controla la rapidez con la que funciona el ciclo de Krebs, así como

la producción de ATP e intermediarios biosintéticos.

La piruvato deshidrogenasa es inhibida por acetil CoA, NADH y ATP y

activada por AMP. Por lo tanto la enzima puede controlar el flujo de carbono a

través del ciclo de Krebs dependiendo de los niveles de NADH, ATP y acetil CoA.

5. Modificación de la enzima. Las enzimas pueden activarse o desactivarse, a menudo por otras enzimas, por modificaciones ya sea reversibles o irreversibles

Modificación irreversible. Proteinasas: Algunas enzimas se sintetizan en una forma inactiva (zimógeno). ejemplo quimotripsinógeno, la forma inactiva de la quimiotripsina,

Modificación reversible. Fosforilasa cinasa: inactivas a activas, fosforilación de un residuo específico de serina. Bajo diferentes condiciones, el grupo fosfato es removido de la enzima activa por una segunda enzima específica, fosforilasa fosfatasa, para producir la enzima inactiva.

Inhibición competitivaEl inhibidor es una molécula que tiene una forma similar a la del sustrato pero no reacciona de la misma forma que éste, en su lugar bloquea la actividad de la enzima

Inhibición no competitivaEl inhibidor es una molécula que se une a un sitio diferente del sitio activo e inhibe el reconocimiento

Regulación de la expresión genética en los procariotes.Control en la síntesis (número) de moléculas de la enzima

.

1. Control de la transcripción. 1a. Al inicio Por unidades sigma alternativas 1b. Por proteínas reguladoras Control negativo con inducción: operon lac Control ne gativo con represión:operón trp Control positivo con inducción: represión catabólica Atenuación de la transcripción 2. Control traduccional.

2a. Síntesis de las proteínas ribosómicas. 2b. RNA antiparalelo 3. Sistemas reguladores globales 4. Degradación de la enzima.

Regulación de la expresión genética en los procariotes.Control en la síntesis (número) de moléculas de la enzima Regulación al inicio de la transcripción por unidades sigma alternativas

.

Subunidad sigma (s)

Tamaño (nº de aminoácidos)

Gen que la codifica

Genes reconocidos por la correspondiente holoenzima

s70 (sD) 613 RpoD Genes expresados durante fase exponencial

s54 (sN) 478 RpoN Genes expresados durante desequilibrio de nitrógeno

s38 (sS) 362 RpoS Genes de fase estacionaria

s32 (sH) 284 RpoH Genes de respuesta al calor (heat-shock)

s28

(sF) 239 RpoF Genes de quimiotaxis y flagelos

s24 (sE) 202 RpoE Genes de proteínas extracitoplásmicas y periplásmicas

s18 (sFecl) 173 fecl Genes extracitoplásmicos y de captación de hierro

Los genes estructurales: Se trata de los genes cuya expresión está regulada, suelen contener varios genes estructurales, son poligénicos o policistrónicos. Algunos operones bacterianos tienen un solo gene estructural. Los operones eucarióticos suelen contener un sólo gen estructural siendo monocistrónicos.

El promotor (P): es un elemento de control, es una región del ADN con unas secuencias que son reconocidas por la ARN polimerasa para comenzar la transcripción. Se encuentra inmediatamente antes de los genes estructurales.

El operador (O): otro elemento de control, es una región del ADN con una secuencia que es reconocida por la proteína reguladora, se sitúa entre la región promotora y los genes estructurales.

El gen regulador (i): secuencia de ADN que codifica para la proteína reguladora que reconoce la secuencia de la región del operador. El gen regulador está cerca de los genes estructurales del operón pero no está inmediatamente al lado. Abreviadamente se le denomina gen i.

Proteína reguladora: proteína codificada por el gen regulador. Está proteína se une a la región del operador.

Inductor: sustrato o compuesto cuya presencia induce la expresión de los genes.

Un Operón es un grupo de genes estructurales cuya expresión está regulada por los mismos elementos de control (promotor y operador) y genes reguladores

http://www.ucm.es/info/genetica/grupod/Operon/Operon.htm

Regulación de la expresión genética a nivel de transcripción en los procariotes.Participación de proteínas reguladoras.

Operón: secuencia de nucleótidos divididos en dos regiones, reguladora y estructural. Su expresión permite una función fisiológica ya sea anabólica o catabólica.

Elementos que intervienen en la regulación de la expresión génica en bacterias. Elementos del Operón.

Elementos de controlPromotor

Operador

Moléculas difusibles

Proteínas reguladoras

Efectores

Inductores

Genes EstructuralesCodifican para polipéptidos

Gen reguladorCodifica para proteína reguladora

Región reguladora Genes estructurales

1 2 3

Gen regulador

Promotor

Operador

R O P

LOS OPERONES COMO SISTEMAS DE CONTROL DE LA EXPRESIÓN GÉNICA

Con base en la actividad de la proteína reguladora, los operones pueden estar sujetos a dos tipos de control general sobre la transcripción

Control positivo: Se dice que un sistema está bajo control positivo cuando el producto del gen regulador activa la expresión de los genes, actúa como un activador.

Control negativo: se dice que un sistema está bajo control negativo cuando el producto del gen regulador reprime o impide la expresión de los genes, actúa como un represor.

LOS OPERONES COMO SISTEMAS DE CONTROL DE LA EXPRESIÓN GÉNICA.

Sistemas inducibles: el sustrato sobre el que va a actuar la enzima provoca la síntesis del enzima, se le denomina inducción positiva. Al compuesto que desencadena la síntesis del enzima se le denomina Inductor. Están relacionados a sistemas catabólicos. ejemplo, efecto de galactósido sobre la galactosidasa en E. coli , operónes arabinosa,maltosa.

Sistemas represibles (represión por producto final): el producto final de la reacción o de la vía metabólica que cataliza la enzima, impide la síntesis de la misma. Este fenómeno recibe el nombre de inducción negativa. El producto final que impide la síntesis del enzima se le denomina correpresor. El gen regulador sintetiza una proteína inactiva,aporrepresorEstán relacionados con procesos de síntesis o anabólicos, por ejemplo el operón triptófano y el operón histidina.

Con base en el efecto del sustrato y el producto final, los operones se dividen en sistemas inducibles y sistemas represibles.

El tipo control de la transcripción depende de la ACTIVIDAD de la PROTEÍNA REGULADORA

Control Negativo: Inducible y Reprimible

Control Positivo: Inducible y Reprimible

http://www.educa.aragob.es/iescarin/depart/biogeo/varios/BiologiaCurtis/Seccion 3/3 - Capitulo 15.htm

CONTROL NEGATIVO DE EL OPERÓN

LACTOSA es un sistema inducible que está bajo control negativo. la proteína reguladora, producto del gen regulador i, es un represor que impide la expresión de los genes estructurales en ausencia del inductor. El inductor del sistema es la lactosa. Es reconocido por la proteína represora la cual se inactiva

http://www.educa.aragob.es/iescarin/depart/biogeo/varios/BiologiaCurtis/Seccion%203/3%20-%20Capitulo%2015.htm

CONTROL POSITIVO DE EL OPERÓN LACTOSA

Cuando la concentración de lactosa en el medio de cultivo es muy baja o no existe y se encuentra presente la glucosa, se dispara una señal intracelular que activa a la adenilato ciclasa y se incrementan los niveles de AMPc

La proteína receptora de AMPc (CRP en ingles) también conocida como proteína activadora por catabolito (CAP en ingles), reconoce al AMPc y forma el complejo CAP (CRP)/AMPc el cual actúa como un activador de la transcripción de los genes estructurales.

Hacia el lado izquierdo del promotor existe un sitio de unión para el complejo, al unirse a él ayuda al cambio de forma abierta de la RNA Polimerasa a una forma cerrada y permite la transcripción.

En otras palabras, el complejo cAMP-CRP ayuda a la RNA polimerasa a unirse al DNA en el sitio adecuado para el inicio de la transcripción de la región estructural del operón.

www.acsu.buffalo.edu/~jbarnard/LacOperonII.html

http://www.acsu.buffalo.edu/~jbarnard/LacOperonII.html

El operón de arabinosa: Ellis Englesberg: la expresión esta regulada de manera positiva.

Región estructural: operon ara codifica para tres enzimas que se requieren para el catabolismo de la arabinosa. araA ; Arabinosa isomerasa - arabinosa a ribulosaaraB: Ribulocinasa – fosforila a ribulosaaraD : Ribulosa-5-fosfato epimerasa - convierte ribulosa-5-fosfato a xilulosa 5 fosfato que se metaboliza por la via de las pentosa fosfato.

Región reguladoraaraC : proteína reguladora AraC en ausencia de arabinosa, se une a araO1 es un sitio operador y reprime su propia transcripción a partir del promotor PC . En presencia de arabinosa AraC se une a este sitio ayuda a activar la expresión del promotor PBAD.araO2 también es un sitio operador al cual se une AraC y puede simultaneamente unirse tambien al sitio araI para reprimir la transcripción de PBAD.

araI es el sitio del inductor. AraC se une y puede simultaneamente unirse al sitio araO2 para reprimir la transcripción del promotor PBAD. Sin embargo, en presencia de arabinosa, AraC se une a este sitio y ayuda a activar la expresión del promotor PBAD sitio de unión CRP. La proteína CRP no asiste directamente a la RNA polimerasa para que reconozca el promotor. En presencia de arabinosa, promueve un rearreglo conformacional de la proteína AraC de un estado repressor a uno activador de la transcripción del promotor PBAD.

El operón de arabinosa: Ellis Englesberg: la expresión esta regulada de manera positiva.

Mecanismo de regulación.Cuando no hay arabinosa en el medio: AraC se une simultaneamente a los sitios araI y araO2. El DNA es doblado (looped). Se bloquea el acceso al promotor PBAD

AraC también evita su propia expresión, es un autorregulador de su propia expresión, tiene sentido, no se requiere sobre expresar AraC. Si su concentración decae a niveles muy bajos, la transcripción de araC se reasume hasta que la cantidad de AraC es suficiente para evitar más transcripción de PC otra vez.

En presenica de la arabinosa Ara + proteína AraC, cambia de forma y de afinidad reconoce a araI en vez de araO2. Si tampoco hay glucosa, CRP se une a su sitio entre araO1 y araI ayudando a deshacer el loop en el DNA y ayuda a que AraC se une a araI:•El operón ara muestra tanto control positivo como negativo.•Muestra una función diferente para CRP. •También muestra que puede actuar como un switch cuya actividad se altera radicalmente después de la unión de una pequeña molécula.Arabinosa es otro azucar que es usado solo cuando no hay glucosa en el medio.

Efecto de las mutaciones en el operón de la lactosa

Mutaciones en el gen regulador i

Mutante i -: es recesivo con respecto al i+ en los diploides parciales(i+/i-). Da lugar a un represor que es inactivo.

Mutante i Q: mutación en el promotor del gen regulador que codifica para la proteína represora (iQ): no aparece proteína represora y siempre se están expresando los genes del operón lactosa tanto en ausencia como en presencia del inductor. mutante de tipo constitutivo.

Mutante i-d: afecta al gen estructural de la proteína represora en la región que codifica para el extremo amino terminal, es la encargada de reconocer la región operadora. La proteína mutante se une al inductor (al IPTG) pero no se une al operador, es dominante sobre la i+ en los diploides parciales (i+/i-d). En los diploides parciales la proteína represora mutante no se une a las regiones operadoras y se produce siempre la transcripción de los genes estructurales.


Mutaciones en el gen regulador i

Mutante i S: afecta al gen estructural de la proteína represora modificando la parte central de la proteína encargada de unirse al inductor (al IPTG). La proteína represora mutante une al operador pero no al inductor (IPTG). La cepa mutante está siempre reprimido y no se expresan los genes del operón lactosa ya que la proteína represora está permanentemente unida a la región operadora y no se suelta a pesar de añadir el inductor. Este mutante es dominante sobre i+ en los diploides parciales (i+/iS). En los diploides parciales el represor mutante se une a ambas regiones operadoras bloqueando la transcripción de los genes estructurales.

Las mutaciones i-d e i S en los diploides parciales se explica mejor considerando que la proteína represora del operón lac. es un tetrámero (proteína constituida por cuatro cadenas polipéptídicas idénticas con un peso molecular cada una de 38.000).

En el diploide parcial (i+/iS) ,los polipéptidos mutantes estarían unidos a las regiones operadora de forma permanente impidiendo la transcripción.

En el diploide parcial (i+/i-d) los polipéptidos normal y mutante se unen al azar para formar tetrámeros, de manera que la mayoría de los tetrámeros tienen al menos un polipéptido mutante (15/16) y solamente una pequeña fracción de los tetrámeros tiene todos los polipéptidos normales (1/16), por tanto, la mayoría de los tetrámeros no son capaces de unirse a las regiones operadoras y se transcribirían los genes estructurales.

Mutantes del Promotor (OO): presentan una alteración en la secuencia de bases nitrogenadas de la región promotora, la ARN-polimerasa no reconoce la secuencia promotora y, por consiguiente, no se produce la transcripción de los genes estructurales. A estos mutantes se les ha denominado "Operador cero" (OO), pero es necesario recordar que afectan a la región promotora

Mutantes constitutivas en el operador (OC): consiste en una alteración en la secuencia de bases nitrogenadas de la región del Operador, la proteína reguladora producto del gen i ya no sea capaz de unirse al operador, la región promotora queda asequible para la ARN polimerasa y se produce la transcripción de los genes estructurales en ausencia de inductor (lactosa).

El estudio de diferentes mutantes del operador ha permitido determinar que el operador es una región de 17 a 25 nucleótidos situada justo antes del gen z y después del promotor. Esta región muestra una enorme especificidad por la proteína represora.


Mutantes constitutivos

Expresión de los genes estructurales del Operón lactosa

Ausencia de inductor (Sin lactosa)

Presencia de inductor (Con lactosa)

Genotipo z+ y+ a+ z+ y+ a+

i- P OC z+y+a+ SI SI SI SI SI SI

i+P OC z+y+a+ SI SI SI SI SI SI

Bacteria normal

Expresión de los genes estructurales del Operón lactosa

Ausencia de inductor (Sin lactosa)

Presencia de inductor (Con lactosa)

Genotipo z+ y+ a+ z+ y+ a+

i+ p o z+y+a+ NO NO NO SI SI SI

La obtención de mutantes que afectaban tanto a los genes estructurales, a los elementos de control (promotor y operador) y al gen regulador, permitieron dilucidar el funcionamiento del operón lactosa.

La construcción, mediante experimentos de sexducción, de bacterias diploides parciales o merocigotos. permitió conocer con más precisión la naturaleza y mecanismo de algunos elementos de control.

Bacteria diploide parcial o merocigoto. tiene parte de sus genes en dos dosis .habitualmente en las bacterias los genes están en una sola dosis, haploides. Es posible mediante conjugación entre una donadora F+ y una receptora F-, obtener bacterias descendientes diploides parciales o merocigotos. Estos diploides parciales son inestables. Las bacterias F' tienen en el factor sexual (plásmido) parte del cromosoma principal bacteriano. Se construyeron F' que tenían incorporado exclusivamente genes del operón lactosa. Estas F' tienen dos veces los genes del operón lactosa, una en el cromosoma principal y otra en el factor F'. Las primeras mutantes aislados por Lederberg y cols y afectaban a los genes estructurales (z, y, a). Se dedujo que estos genes estaban juntos y en el orden z-y-a. Los mutantes en estos genes se denominan z-, y- e a- y ,dan lugar a alteraciones en la estructura de las enzimas codificadas por estos genes. Jacob y Monod aislaron bacterias mutantes constitutivas i- y OC que afectan al gen regulador (i) que lleva información para la proteína reguladora y a la región operadora (O), respectivamente.

En estos diploides parciales, se ha comprobado: El operador constitutivo es dominante en posición CIS, es decir, ejerce su efecto solamente sobre los genes estructurales que están en su misma molécula de ADN que la mutación del operador, pero no actúa sobre los genes estructurales de otra molécula de ADN. Esto significa que el operador es una secuencia de bases en el ADN que no codifica para ninguna molécula difusible. Esto explica el porque en el siguiente diploide parcial i+ P O z+y+a+/ i+ P OC z+y+a+ tanto en ausencia como en presencia de lactosa se produce la expresión de los tres genes estructurales del operón.

En los diploides parciales con un gen regulador normal y un gen regulador mutante constitutivo, es decir, en baterias diploides parciales i+/i-, el gen regulador normal i+ es dominante en posición TRANS. ejerce su efecto sobre los genes estructurales de la misma molécula de ADN en que está la mutación del gen regulador y también sobre los genes estructurales de otra molécula de ADN diferente. Por tanto, el gen regulador codifica para una proteína o producto difusible que puede ejercer su efecto en diferentes moléculas de ADN. El diploide parcial i+P O z+y+a+/ i- P O z+y+a+ en ausencia de lactosa no hay expresión de los genes estructurales mientras que en presencia de lactosa si se expresan. Esto se debe a que la proteína represora normal producida por el gen i+ al ser difusible se puede unir a ambas regiones operadoras.

REGULACIÓN POR ATENUACIÓN DE LA TRANSCRIPCIÓNEL OPERÓN TRIPTÓFANO


Gen trpR: codifica para el aporrepresor, en ausencia de triptofano, es incapaz de reconocer el operador y ocurre la transcripción.

En presencia de triptofano éste actúa como correpresor y acticva al aporrepresor el cual ahora reprime la transcipción



La secuencia atenuadora se encuentra en la región líder

C.Yanofsky.

mutantes en trpR producían mRNA aún en presencia de triptofano

la eliminación del triptofano en el medio de cultivo incrementa la producción de mRNA incluso sin proteína reguladora activa.

Demostró que estos mutantes tenían una deleción entre el operador y el primer gen estructural.

aisló el ARN-m multigénico del operón trp y secuenció la región del extremo 5´ encontrando una región líder del 160 bases que no se traduce a aminoácidos. Esta secuencia se encuentra antes del primer triplete que se transcribe



Secuencia de bases de la región atenuadora y comienzo de la secuencia del gen trpE

C.Yanofsky.

analizó la secuencia correspondiente en el mutante que siempre produce niveles máximos de trp, detectó una deleción de una 30 bases que se extendía desde la posición 130 a la 160

llamó atenuador a la región del ADN inactivada por la deleción, ya que su presencia conduce aparentemente a disminuir la tasa de transcripción.



C.Yanofsky.

La región líder del operón triptófano se caracteriza por tener una sede de reconocimiento para los ribosomas y los codones de 14 aminoácidos, entre ellos dos residuos de triptófano.

La siguiente región puede formar una estructura secundaria palindrómica en forma de lazo u horquilla.



C.Yanofsky.

Cuando los niveles de triptófano son altos, la traducción de la primera parte del segmento líder del mensajero impide de alguna manera la transcripción más allá de la estructura secundaria.

Cuando los niveles de triptófano son bajos disminuye o cesa la traducción del polipéptido sintetizado por la secuencia líder, permitiendo que la ARN polimerasa transcriba el operón completo.

No se conoce la forma en la que tiene lugar la terminación anticipada, es posible que los ribosomas que traducen la región líder produzcan la desaparición de la estructura secundaria de la segunda parte de la región líder y se produzca el reconocimiento de esta región por el factor ρ de terminación.




Porción que se traduce de la región lider del operón triptófano

Porciónes que se traducen de las regiones líder de los operones de Fenilalanina (a) e Histidina (b)

La regulación por atenuación probablemente tiene lugar en otros operones bacterianos relacionados con la síntesis de aminoácidos.El segmento inicial del polipéptido transcrito es rico en el aminoácido que controla dicho operón. Cuando hay poca cantidad del aminoácido correspondiente la traducción del péptido líder se detiene en los codones correspondientes al mismo el tiempo suficiente para que se formen las estructuras secundarias que permiten que la ARN polimerasa pueda continuar con la transcripción.

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