8.4.2 OPERÓN DE TRIPTÓFANO
- EL OPERÓN TRIPTÓFANO
El
operón triptófano (operón trp) es un sistema de tipo represible, ya que el
aminoácido triptófano (Correpresor) impide la expresión de los genes necesarios
para su propia síntesis cuando hay niveles elevados de triptófano. Sin embargo,
en ausencia de triptófano o a niveles muy bajos se transcriben los genes del
operón trp. Los elementos del operón trp son en esencia semejantes a los del
operón lactosa:
♫ Genes
estructurales:
existen cinco genes estructurales en el siguiente orden
trpE-trpD-trpC-trpB-trpA.
♫ Elementos
de control: promotor
(P) y operador (O). El promotor y el operador están al lado de los genes
estructurales y en el siguiente orden: P O trpE-trpD-trpC-trpB-trpA.
Curiosamente, las enzimas codificadas por estos cinco genes estructurales
actúan en la ruta metabólica de síntesis del triptófano en el mismo orden en el
que se encuentran los genes en el cromosoma.
♫ Gen
regulador (trpR):
codifica para la proteína reguladora. Este gen se encuentra en otra región del
cromosoma bacteriano aunque no muy lejos del operón.
♫ Correpresor:
triptófano.
Elementos del Operón
Triptófano
Los genes estructurales del operón triptófano se
encuentran en el mismo orden que actúan las productos codificados por ellos en
la ruta biosintética del triptófano (ver el siguiente esquema).
Orden de los genes estructurales del operón
triptófano y ruta de síntesis del triptófano.
En ausencia de triptófano, o cuando hay muy poco,
la proteína reguladora producto del gen trpR no es capaz de unirse al operador de forma que la ARN-polimerasa
puede unirse a la región promotora y se transcriben los genes del operón
triptófano.
Operón triptófano: en ausencia de triptófano
En presencia de triptófano, el triptófano se une a
la proteína reguladora o represora cambiando su conformación, de manera que
ahora si puede unirse a la región operadora y como consecuencia la
ARN-polimerasa no puede unirse a la región promotora y no se transcriben los
genes estructurales del operón trp.
Operón triptófano: en presencia de triptófano
Por tanto, la diferencia esencial entre el operón
lac (inducible) y el operón trp (represible), es que en este último el represor
del triptófano solamente es capaz de unirse al operador cuando previamente está
unido al trp.
Al estudiar más profundamente el operón trp se
encontró que además del mecanismo de regulación represor-operador existía otro
mecanismo de regulación que se denominó regulación por atenuación.
- EL OPERÓN TRIPTÓFANO: REGULACIÓN POR ATENUACIÓN
Cuando
Yanosfky analizó mutantes que
afectaban al gen trpR
que codifica para la proteína represora y que continuaban produciendo ARNm del
operón trp aún en presencia de triptófano, observó que la eliminación del
triptófano del medio producía un aumento casi de 10 veces en la producción del
ARNm del operón trp, incluso aunque el represor estuviera inactivo. Yanofsky identificó la región del ADN
responsable de este aumento en la producción del ARNm del operón trp. Demostró
que estos mutantes tenían una deleción entre el operador y el primer gen
estructural, el gen E.
Secuencia de bases de la
región atenuadora y comienzo de la secuencia del gen trpE
Yanofsky 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. Cuando 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. Yanofsky llamó atenuador a la región del ADN
inactivada por la deleción, ya que su presencia conduce aparentemente a
disminuir la tasa de transcripción.
Yanofsky comprobó utilizando mutantes trpR- que incluso en
presencia de altos niveles de trp, que deberían hacer que la región atenuadora
redujera en 10 veces la tasa de transcripción, se seguían transcribiendo las
primeras 141 bases de la región líder del ARN-m del operón trp, aunque el ARN-m
de longitud normal solo aparecía a un nivel 10 veces menor. De forma, en
presencia de altos niveles de trp las primeras 141 bases se transcriben al
máximo, pero por el mecanismo de atenuación que tiene lugar en esa región,
solamente uno de cada 10 ARNm se transcribe hasta el final. Por consiguiente,
la región atenuadora actúa como una región terminadora de la transcripción en
presencia de triptófano, mientras que en ausencia de triptófano el atenuador se
desactiva y todas las moléculas de ARNm se completan.
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. Además, la
siguiente región puede formar una estructura secundaria palindrómica en forma
de lazo u horquilla. 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. Aunque 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.
Estructura secundaria de la región líder
Esquema de lo que sucede
con niveles altos (b) y bajos (c) de triptófano
La regulación por atenuación probablemente tiene
lugar en otros operones bacterianos relacionados con la síntesis de
aminoácidos, ya que en todos los casos 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.
muy buena información seria adecuado una referencia bibliográfica mas detallada
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