operon lac - lac operon
O operon lactose ( operon lac ) é um operon necessário para o transporte e metabolismo da lactose em E. coli e muitas outras bactérias entéricas . Embora a glicose seja a fonte de carbono preferida para a maioria das bactérias, o operon lac permite a digestão eficaz da lactose quando a glicose não está disponível por meio da atividade da beta-galactosidase . A regulação gênica do operon lac foi o primeiro mecanismo regulatório genético a ser entendido claramente, por isso se tornou o principal exemplo de regulação gênica procariótica . É frequentemente discutido em aulas introdutórias de biologia molecular e celular por esse motivo. Este sistema de metabolismo da lactose foi usado por François Jacob e Jacques Monod para determinar como uma célula biológica sabe qual enzima sintetizar. Seu trabalho no operon lac lhes rendeu o Prêmio Nobel de Fisiologia em 1965.
Os operons bacterianos são transcritos policistrônicos que são capazes de produzir várias proteínas a partir de um transcrito de mRNA . Nesse caso, quando a lactose é necessária como fonte de açúcar para a bactéria, os três genes do operon lac podem ser expressos e suas proteínas subsequentes traduzidas: lacZ , lacY e lacA . O produto do gene lacZ é β-galactosidase que cliva a lactose, um dissacarídeo , em glicose e galactose . lacY codifica beta-galactosídeo permease , uma proteína de membrana que fica embutida na membrana citoplasmática para permitir o transporte celular de lactose para dentro da célula. Finalmente, lacA codifica a galactosídeo acetiltransferase .
Seria um desperdício produzir enzimas quando não havia lactose disponível ou se uma fonte de energia preferível, como a glicose, estivesse disponível. O operon lac usa um mecanismo de controle de duas partes para garantir que a célula gaste energia produzindo as enzimas codificadas pelo operon lac apenas quando necessário. Na ausência de lactose, o repressor lac , lacI, interrompe a produção das enzimas codificadas pelo operon lac . O repressor lac é sempre expresso, a menos que um co-indutor se ligue a ele. Em outras palavras, ele é transcrito apenas na presença de co-indutor de pequena molécula. Na presença de glicose, a proteína ativadora catabólica (CAP), necessária para a produção das enzimas, permanece inativa e EIIA Glc desliga a permease de lactose para evitar o transporte de lactose para a célula. Esse duplo mecanismo de controle provoca a utilização sequencial de glicose e lactose em duas fases distintas de crescimento, conhecidas como diauxie .
Estrutura
- O operon lac consiste em 3 genes estruturais e um promotor , um terminador , regulador e um operador . Os três genes estruturais são: lacZ , lacY e lacA .
- lacZ codifica β-galactosidase (LacZ), uma enzima intracelular que cliva o dissacarídeo lactose em glicose e galactose .
- Lacy codifica beta-galactósido-permease (LacY), uma transmembrana simportador que bombeia p-galactósidos , incluindo a lactose para a célula, utilizando um gradiente de protões na mesma direcção. A permeabilidade aumenta a permeabilidade da célula aos β-galactosídeos .
- lacA codifica β-galactosídeo transacetilase (LacA), uma enzima que transfere um grupo acetil de acetil-CoA para tiogalactosídeo.
Apenas lacZ e lacY parecem ser necessários para a via catabólica da lactose .
Nomenclatura genética
Abreviações de três letras são usadas para descrever fenótipos em bactérias, incluindo E. coli .
Exemplos incluem:
- Lac (a capacidade de usar lactose),
- His (a capacidade de sintetizar o aminoácido histidina)
- Mot (motilidade natatória)
- Sm R (resistência ao antibiótico estreptomicina )
No caso de Lac, células do tipo selvagem são Lac + e são capazes de utilizar lactose como fonte de carbono e energia, enquanto Lac - derivados mutantes não pode utilizar lactose. As mesmas três letras são normalmente usadas (minúsculas, itálico) para rotular os genes envolvidos em um fenótipo particular, onde cada gene diferente é adicionalmente distinguido por uma letra extra. Os genes lac que codificam enzimas são lacZ , lacY e lacA . O quarto gene lac é lacI , que codifica o repressor da lactose - "I" significa indutibilidade .
Pode-se distinguir entre genes estruturais que codificam enzimas e genes reguladores que codificam proteínas que afetam a expressão gênica. O uso atual expande a nomenclatura fenotípica para se aplicar a proteínas: assim, LacZ é o produto proteico do gene lacZ , β-galactosidase. Várias sequências curtas, que não são genes também afectar a expressão de genes, incluindo o lac promotor, lac p , e o lac operador, lac o . Embora não seja um uso estritamente padrão, as mutações que afetam lac o são referidas como lac o c , por razões históricas.
Indutor
Regulamento
O controle específico dos genes lac depende da disponibilidade do substrato lactose para a bactéria. As proteínas não são produzidas pela bactéria quando a lactose não está disponível como fonte de carbono. Os genes lac são organizados em um operon ; isto é, eles são orientados na mesma direção imediatamente adjacente no cromossomo e são co-transcritos em uma única molécula de mRNA policistrônico . A transcrição de todos os genes começa com a ligação da enzima RNA polimerase (RNAP), uma proteína de ligação ao DNA , que se liga a um sítio específico de ligação ao DNA, o promotor , imediatamente a montante dos genes. A ligação da RNA polimerase ao promotor é auxiliada pela proteína ativadora do catabólito ligada ao cAMP (CAP, também conhecida como proteína do receptor do cAMP). No entanto, o lacl gene (gene regulador para lac operão) produz uma proteína que bloqueia RNAP de se ligar ao operador do operão. Essa proteína só pode ser removida quando a alolactose se liga a ela e a inativa. A proteína que é formado pela lacl gene é conhecida como o repressor lac. O tipo de regulação que o operon lac sofre é referido como indutível negativo, o que significa que o gene é desligado pelo fator regulador ( repressor lac ), a menos que alguma molécula (lactose) seja adicionada. Devido à presença da proteína repressora lac , os engenheiros genéticos que substituem o gene lacZ por outro gene terão de cultivar a bactéria experimental em ágar com lactose disponível. Se não o fizerem, o gene que estão tentando expressar não será expresso, pois a proteína repressora ainda está bloqueando a RNAP de se ligar ao promotor e transcrever o gene. Uma vez que o repressor é removido, RNAP então passa a transcrever todos os três genes ( lacZYA ) em mRNA. Cada um dos três genes na fita de mRNA tem sua própria sequência de Shine-Dalgarno , de modo que os genes são traduzidos independentemente. A sequência de DNA do operon lac de E. coli , o mRNA lacZYA e os genes lacI estão disponíveis no GenBank (visualização) .
O primeiro mecanismo de controle é a resposta regulatória à lactose, que usa uma proteína reguladora intracelular chamada repressora de lactose para impedir a produção de β-galactosidase na ausência de lactose. O gene lacI que codifica para o repressor está próximo ao operon lac e é sempre expresso ( constitutivo ). Se a lactose estiver faltando no meio de crescimento, o repressor se liga fortemente a uma curta sequência de DNA logo abaixo do promotor próximo ao início de lacZ, chamada de operador lac . A ligação do repressor ao operador interfere na ligação de RNAP ao promotor e, portanto, o mRNA que codifica LacZ e LacY é feito apenas em níveis muito baixos. Quando as células crescem na presença de lactose, no entanto, um metabólito da lactose chamado alolactose, feito da lactose pelo produto do gene lacZ , liga-se ao repressor, causando um deslocamento alostérico. Assim alterado, o repressor é incapaz de se ligar ao operador, permitindo que RNAP transcreva os genes lac e, assim, levando a níveis mais elevados das proteínas codificadas.
O segundo mecanismo de controle é uma resposta à glicose, que usa o homodímero da proteína ativadora do catabólito (CAP) para aumentar significativamente a produção de β-galactosidase na ausência de glicose. O monofosfato de adenosina cíclico (AMPc) é uma molécula sinalizadora cuja prevalência é inversamente proporcional à da glicose. Ele se liga ao CAP, que por sua vez permite que o CAP se ligue ao sítio de ligação do CAP (uma sequência de DNA de 16 pb a montante do promotor à esquerda no diagrama abaixo, cerca de 60 pb a montante do sítio de início da transcrição), o que auxilia o RNAP na ligação ao DNA. Na ausência de glicose, a concentração de cAMP é alta e a ligação de CAP-cAMP ao DNA aumenta significativamente a produção de β-galactosidase, permitindo que a célula hidrolise a lactose e libere galactose e glicose.
Mais recentemente, foi demonstrado que a exclusão do indutor bloqueia a expressão do operon lac quando a glicose está presente. A glicose é transportada para a célula pelo sistema de fosfotransferase dependente de PEP . O grupo fosfato do fosfoenolpiruvato é transferido por meio de uma cascata de fosforilação que consiste nas proteínas PTS (sistema de fosfotransferase) gerais HPr e EIA e nas proteínas PTS específicas da glicose EIIA Glc e EIIB Glc , o domínio citoplasmático do transportador de glicose EII. O transporte de glicose é acompanhado por sua fosforilação por EIIB Glc , drenando o grupo fosfato de outras proteínas PTS, incluindo EIIA Glc . A forma não fosforilada de EIIA Glc liga-se à lac- permease e evita que ela leve lactose para dentro da célula. Portanto, se glicose e lactose estiverem presentes, o transporte de glicose bloqueia o transporte do indutor do operon lac .
Estrutura do repressor
O repressor lac é uma proteína de quatro partes, um tetrâmero, com subunidades idênticas. Cada subunidade contém um motivo de hélice-volta-hélice (HTH) capaz de se ligar ao DNA. O local do operador onde o repressor se liga é uma sequência de DNA com simetria de repetição invertida. Os dois meios-locais do DNA do operador, juntos, ligam-se a duas das subunidades do repressor. Embora as outras duas subunidades do repressor não estejam fazendo nada neste modelo, essa propriedade não foi compreendida por muitos anos.
Eventualmente, foi descoberto que dois operadores adicionais estão envolvidos na regulação do lac . Um (O 3 ) encontra-se cerca de -90 bp a montante de O 1 no final do gene lacI , e o outro (O 2 ) está a cerca de +410 bp a jusante de O 1 na parte inicial de lacZ . Esses dois locais não foram encontrados nos primeiros trabalhos porque têm funções redundantes e as mutações individuais não afetam muito a repressão. Mutações únicas em O 2 ou O 3 têm apenas efeitos de 2 a 3 vezes. No entanto, sua importância é demonstrada pelo fato de que um duplo mutante defeituoso em O 2 e O 3 é dramaticamente reprimido (cerca de 70 vezes).
No modelo atual, o repressor lac é ligado simultaneamente ao operador principal O 1 e ao O 2 ou O 3 . O DNA intermediário sai do complexo. A natureza redundante dos dois operadores menores sugere que não é um complexo em loop específico que é importante. Uma ideia é que o sistema funciona por meio de tethering; se o repressor ligado se libera de O 1 momentaneamente, a ligação a um operador secundário o mantém na vizinhança, de modo que ele pode religar rapidamente. Isso aumentaria a afinidade do repressor pelo O 1 .
Mecanismo de indução
O repressor é uma proteína alostérica , ou seja, pode assumir uma de duas formas ligeiramente diferentes, que estão em equilíbrio entre si. Em uma forma, o repressor se ligará ao DNA do operador com alta especificidade, e na outra forma ele perdeu sua especificidade. De acordo com o modelo clássico de indução, a ligação do indutor, seja alolactose ou IPTG, ao repressor afeta a distribuição do repressor entre as duas formas. Assim, o repressor com indutor ligado é estabilizado na conformação de não ligação ao DNA. No entanto, este modelo simples não pode ser toda a história, porque o repressor está ligado de forma bastante estável ao DNA, embora seja liberado rapidamente pela adição do indutor. Portanto, parece claro que um indutor também pode se ligar ao repressor quando o repressor já está ligado ao DNA. Ainda não se sabe exatamente qual é o mecanismo exato de ligação.
Papel da ligação não específica
A ligação não específica do repressor ao DNA desempenha um papel crucial na repressão e indução do operon Lac. O local de ligação específico para a proteína repressora Lac é o operador. A interação não específica é mediada principalmente por interações carga-carga, enquanto a ligação ao operador é reforçada por interações hidrofóbicas. Além disso, há uma abundância de sequências de DNA não específicas às quais o repressor pode se ligar. Essencialmente, qualquer sequência que não seja o operador é considerada não específica. Estudos demonstraram que, sem a presença de ligação não específica, a indução (ou não repressão) do operon Lac não poderia ocorrer mesmo com níveis saturados de indutor. Foi demonstrado que, sem ligação não específica, o nível basal de indução é dez mil vezes menor do que o normalmente observado. Isso ocorre porque o DNA não específico atua como uma espécie de "sumidouro" para as proteínas repressoras, distraindo-as do operador. As sequências não específicas diminuem a quantidade de repressor disponível na célula. Isso, por sua vez, reduz a quantidade de indutor necessária para liberar o sistema.
Análogos de lactose
Têm sido descritos vários derivados ou análogos da lactose que são úteis para trabalhar com o operão lac . Esses compostos são principalmente galactosídeos substituídos, em que a porção glicose da lactose é substituída por outro grupo químico.
- Isopropil-β-D-tiogalactopiranosídeo (IPTG) é freqüentemente usado como um indutor do operon lac para trabalho fisiológico. O IPTG se liga ao repressor e o inativa, mas não é substrato da β-galactosidase. Uma vantagem do IPTG para estudos in vivo é que, uma vez que não pode ser metabolizado por E. coli, sua concentração permanece constante e a taxa de expressão de genes controlados por lac p / o não é uma variável no experimento. A ingestão de IPTG depende da ação da lactose permease em P. fluorescens , mas não em E. coli .
- A fenil-β-D-galactose (fenil-Gal) é um substrato da β-galactosidase, mas não inativa o repressor e, portanto, não é um indutor. Uma vez que as células do tipo selvagem produzem muito pouca β-galactosidase, elas não podem crescer em fenil-Gal como fonte de carbono e energia. Mutantes sem repressor são capazes de crescer em fenil-Gal. Assim, o meio mínimo contendo apenas fenil-Gal como fonte de carbono e energia é seletivo para mutantes repressores e mutantes operadores. Se 108 células de uma cepa de tipo selvagem são semeadas em placas de ágar contendo fenil-Gal, as colônias raras que crescem são principalmente mutantes espontâneos que afetam o repressor. A distribuição relativa de mutantes repressores e operadores é afetada pelo tamanho do alvo. Uma vez que o repressor que codifica o gene lacI é cerca de 50 vezes maior do que o operador, os mutantes repressores predominam na seleção.
- O tiometil galactosídeo [TMG] é outro análogo da lactose. Estes inibem o repressor lacI. Em baixas concentrações de indutor, ambos TMG e IPTG podem entrar na célula através da permease de lactose. No entanto, em altas concentrações de indutor, ambos os análogos podem entrar na célula independentemente. TMG pode reduzir as taxas de crescimento em altas concentrações extracelulares.
- Outros compostos servem como indicadores coloridos da atividade da β-galactosidase.
- ONPG é clivado para produzir o composto intensamente amarelo, ortonitrofenol e galactose, e é comumente usado como um substrato para o ensaio de β-galactosidase in vitro .
- As colônias que produzem β-galactosidase são tornadas azuis por X-gal (5-bromo-4-cloro-3-indolil-β-D-galactosídeo), que é um substrato artificial para B-galactosidase cuja clivagem resulta em galactose e 4-Cl , 3-Br índigo produzindo assim uma cor azul profunda.
- A alolactose é um isômero da lactose e é o indutor do operon lac . A lactose é galactose-β (1 → 4) -glucose, enquanto a alolactose é galactose-β (1 → 6) -glucose. A lactose é convertida em alolactose pela β-galactosidase em uma reação alternativa à hidrolítica. Um experimento fisiológico que demonstra o papel de LacZ na produção do "verdadeiro" indutor em células de E. coli é a observação de que um mutante nulo de lacZ ainda pode produzir LacY permease quando cultivado com IPTG, um análogo não hidrolisável de alolactose, mas não quando cultivado com lactose. A explicação é que o processamento da lactose em alolactose (catalisada pela β-galactosidase) é necessário para produzir o indutor dentro da célula.
Desenvolvimento do modelo clássico
O microrganismo experimental usado por François Jacob e Jacques Monod foi a bactéria comum de laboratório, E. coli , mas muitos dos conceitos regulatórios básicos que foram descobertos por Jacob e Monod são fundamentais para a regulação celular em todos os organismos. A ideia principal é que as proteínas não são sintetizadas quando não são necessárias - a E. coli conserva os recursos celulares e a energia ao não produzir as três proteínas Lac quando não há necessidade de metabolizar a lactose, como quando outros açúcares como a glicose estão disponíveis. A seção a seguir discute como a E. coli controla certos genes em resposta às necessidades metabólicas.
Durante a Segunda Guerra Mundial , Monod estava testando os efeitos de combinações de açúcares como fontes de nutrientes para E. coli e B. subtilis . Monod estava acompanhando estudos semelhantes realizados por outros cientistas com bactérias e leveduras. Ele descobriu que as bactérias cultivadas com dois açúcares diferentes geralmente exibiam duas fases de crescimento. Por exemplo, se a glicose e a lactose foram fornecidas, a glicose foi metabolizada primeiro (fase de crescimento I, ver Figura 2) e depois a lactose (fase de crescimento II). A lactose não foi metabolizada durante a primeira parte da curva de crescimento diauxic porque a β-galactosidase não foi produzida quando a glicose e a lactose estavam presentes no meio. Monod chamou esse fenômeno de diauxie .
Monod então focou sua atenção na indução da formação de β-galactosidase que ocorria quando a lactose era o único açúcar no meio de cultura.
Classificação de mutantes reguladores
Um avanço conceitual de Jacob e Monod foi reconhecer a distinção entre substâncias reguladoras e locais onde atuam para alterar a expressão gênica. Um ex-soldado, Jacob usou a analogia de um bombardeiro que liberaria sua carga letal ao receber uma transmissão ou sinal de rádio especial. Um sistema funcional requer um transmissor terrestre e um receptor no avião. Agora, suponha que o transmissor normal esteja quebrado. Este sistema pode funcionar com a introdução de um segundo transmissor funcional. Em contraste, ele disse, considere um bombardeiro com um receptor defeituoso. O comportamento deste bombardeiro não pode ser alterado pela introdução de um segundo avião funcional.
Para analisar mutantes reguladores do operon lac , Jacob desenvolveu um sistema pelo qual uma segunda cópia dos genes lac ( lacI com seu promotor e lacZYA com promotor e operador) poderia ser introduzida em uma única célula. Uma cultura dessas bactérias, que são diplóides para os genes lac, mas normais, é então testada para o fenótipo regulatório. Em particular, é determinado se LacZ e LacY são produzidos mesmo na ausência de IPTG (devido ao repressor de lactose produzido pelo gene mutante ser não funcional). Esse experimento, no qual genes ou grupos de genes são testados aos pares, é chamado de teste de complementação .
Este teste é ilustrado na figura ( lacA foi omitido para simplificar). Primeiro, certos estados haplóides são mostrados (ou seja, a célula carrega apenas uma única cópia dos genes lac ). O painel (a) mostra a repressão, (b) mostra a indução por IPTG e (c) e (d) mostram o efeito de uma mutação no gene lacI ou no operador, respectivamente. No painel (e) é mostrado o teste de complementação para repressor. Se uma cópia dos genes lac carrega uma mutação em lacI , mas a segunda cópia é do tipo selvagem para lacI , o fenótipo resultante é normal - mas lacZ é expresso quando exposto ao indutor IPTG. As mutações que afetam o repressor são consideradas recessivas ao tipo selvagem (e esse tipo selvagem é dominante ), e isso é explicado pelo fato de que o repressor é uma pequena proteína que pode se difundir na célula. A cópia do lac operão adjacente ao defeito lacl gene é efectivamente desligado por proteína produzida a partir da segunda cópia da lacl .
Se o mesmo experimento for realizado usando uma mutação de operador, um resultado diferente é obtido (painel (f)). O fenótipo de uma célula que carrega um mutante e um local do operador de tipo selvagem é que LacZ e LacY são produzidos mesmo na ausência do indutor IPTG; porque o local do operador danificado não permite a ligação do repressor para inibir a transcrição dos genes estruturais. A mutação do operador é dominante. Quando o local do operador onde o repressor deve se ligar é danificado por mutação, a presença de um segundo local funcional na mesma célula não faz diferença para a expressão dos genes controlados pelo local mutante.
Uma versão mais sofisticada deste experimento usa operons marcados para distinguir entre as duas cópias dos genes lac e mostrar que o (s) gene (s) estrutural (is) não regulado (s) é (são) aquele (s) próximo (s) ao operador mutante (painel (g). Por exemplo, suponha que uma cópia seja marcada por uma mutação que inativa lacZ, de modo que ela pode produzir apenas a proteína LacY, enquanto a segunda cópia carrega uma mutação que afeta lacY e pode produzir apenas LacZ. Nesta versão, apenas a cópia do operon lac que é adjacente ao operador mutante é expresso sem IPTG. Dizemos que a mutação do operador é cis-dominante , é dominante para o tipo selvagem, mas afeta apenas a cópia do operon imediatamente adjacente a ela.
Essa explicação é enganosa em um sentido importante, porque parte de uma descrição do experimento e, em seguida, explica os resultados em termos de um modelo. Mas, na verdade, muitas vezes é verdade que o modelo vem primeiro e um experimento é elaborado especificamente para testar o modelo. Jacob e Monod primeiro imaginaram que deveria haver um local no DNA com as propriedades do operador, e então projetaram seus testes de complementação para mostrar isso.
A dominância de operadores mutantes também sugere um procedimento para selecioná-los especificamente. Se os mutantes reguladores forem selecionados de uma cultura de tipo selvagem usando fenil-Gal, como descrito acima, as mutações do operador são raras em comparação com os mutantes repressores porque o tamanho do alvo é tão pequeno. Mas se, em vez disso, começarmos com uma cepa que carrega duas cópias de toda a região lac (que é diplóide para lac ), as mutações repressoras (que ainda ocorrem) não são recuperadas porque a complementação pelo segundo gene lacI de tipo selvagem confere um tipo selvagem fenótipo. Em contraste, a mutação de uma cópia do operador confere um fenótipo mutante porque é dominante para a segunda cópia de tipo selvagem.
Regulação por AMP cíclico
A explicação de diauxie dependia da caracterização de mutações adicionais que afetam os genes lac, além daquelas explicadas pelo modelo clássico. Posteriormente , foram identificados dois outros genes, cya e crp , mapeados longe do lac e que, quando mutados, resultam em diminuição do nível de expressão na presença de IPTG e até mesmo em cepas da bactéria sem repressor ou operador. A descoberta de cAMP em E. coli levou à demonstração de que os mutantes defeituosos do gene cya, mas não do gene crp, poderiam ser restaurados para sua atividade total pela adição de cAMP ao meio.
O gene cya codifica a adenilato ciclase, que produz cAMP. Em um mutante cya , a ausência de cAMP torna a expressão dos genes lacZYA mais de dez vezes menor do que o normal. A adição de cAMP corrige a baixa expressão de Lac característica de mutantes cya . O segundo gene, crp , codifica uma proteína chamada proteína ativadora de catabólitos (CAP) ou proteína receptora de cAMP (CRP).
No entanto, as enzimas do metabolismo da lactose são feitas em pequenas quantidades na presença de glicose e lactose (às vezes chamada de expressão permeável) devido ao fato de que o repressor LacI rapidamente se associa / dissocia do DNA em vez de se ligar fortemente a ele, o que pode levar tempo para RNAP se ligar e transcrever mRNAs de lacZYA . A expressão com vazamento é necessária para permitir o metabolismo de alguma lactose após a fonte de glicose ser gasta, mas antes que a expressão de lac seja totalmente ativada.
Resumindo:
- Quando a lactose está ausente, há muito pouca produção da enzima Lac (o operador possui o repressor Lac ligado a ela).
- Quando a lactose está presente, mas uma fonte de carbono preferida (como a glicose) também está presente, uma pequena quantidade de enzima é produzida (o repressor Lac não está ligado ao operador).
- Quando a glicose está ausente, CAP-cAMP liga-se a um sítio de DNA específico a montante do promotor e faz uma interação proteína-proteína direta com RNAP que facilita a ligação de RNAP ao promotor.
O atraso entre as fases de crescimento reflete o tempo necessário para produzir quantidades suficientes de enzimas que metabolizam a lactose. Em primeiro lugar, a proteína reguladora CAP deve se reunir no promotor lac , resultando em um aumento na produção de mRNA lac . Mais cópias disponíveis do mRNA lac resultam na produção (ver tradução ) de significativamente mais cópias de LacZ (β-galactosidase, para o metabolismo da lactose) e LacY (permease de lactose para transportar lactose para a célula). Após um atraso necessário para aumentar o nível das enzimas que metabolizam a lactose, a bactéria entra em uma nova fase rápida de crescimento celular .
Dois quebra-cabeças da repressão catabólica relacionam-se a como os níveis de cAMP estão associados à presença de glicose e, em segundo lugar, por que as células deveriam se incomodar. Depois que a lactose é clivada, ela realmente forma glicose e galactose (facilmente convertida em glicose). Em termos metabólicos, a lactose é uma fonte de carbono e energia tão boa quanto a glicose. O nível de cAMP está relacionado não à concentração intracelular de glicose, mas à taxa de transporte de glicose, que influencia a atividade da adenilato ciclase. (Além disso, o transporte de glicose também leva à inibição direta da permease da lactose.) Quanto à razão de a E. coli funcionar dessa forma, só podemos especular. Todas as bactérias entéricas fermentam a glicose, o que sugere que elas a encontram com frequência. É possível que uma pequena diferença na eficiência de transporte ou metabolismo de glicose versus lactose torne vantajoso para as células regular o operon lac desta forma.
Uso em biologia molecular
O gene lac e seus derivados são passíveis de uso como um gene repórter em uma série de técnicas de seleção com base em bactérias, como a análise de dois híbridos , em que a ligação com sucesso de um ativador transcricional a uma sequência promotora específica deve ser determinada. Em placas LB contendo X-gal , a mudança de cor de colônias brancas para um tom de azul corresponde a cerca de 20-100 unidades de β-galactosidase, enquanto a lactose de tetrazólio e os meios de lactose MacConkey têm uma faixa de 100-1000 unidades, sendo mais sensíveis em as partes altas e baixas desta faixa, respectivamente. Como a lactose MacConkey e o meio de lactose tetrazólio dependem dos produtos da degradação da lactose, eles requerem a presença dos genes lacZ e lacY . As muitas técnicas de fusão lac que incluem apenas o gene lacZ são assim adequadas para placas X-gal ou caldos líquidos ONPG .
Veja também
Referências
links externos
- Lac + Operon na Biblioteca Nacional de Medicina dos Estados Unidos em títulos de assuntos médicos (MeSH)
- operon lac na estante de livros do NCBI [2]
- Coleção Virtual Cell Animation Apresentando: The Lac Operon
- The lac Operon: Bozeman Science
- Coloração de embriões inteiros de camundongo para atividade de β-galactosidase (lacZ)