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operón Gal

El operón gal es un operón procariota que codifica enzimas necesarias para el metabolismo de la galactosa . [ 1 ] La represión de la expresión génica de este operón funciona med...

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El operón gal es un operón procariota que codifica enzimas necesarias para el metabolismo de la galactosa . [ 1 ] La represión de la expresión génica de este operón funciona mediante la unión de moléculas represoras a dos operadores. Estos represores se dimerizan, creando un bucle en el ADN. El bucle, junto con la interferencia del operador externo, impide que la ARN polimerasa se una al promotor y, por lo tanto, impide la transcripción . [ 2 ] Además, dado que el metabolismo de la galactosa en la célula está involucrado tanto en vías anabólicas como catabólicas, se ha identificado y caracterizado un nuevo sistema regulador que utiliza dos promotores para la represión diferencial dentro del contexto del operón gal .

Estructura

El operón gal de E. coli consta de 4 genes estructurales: galE (epimerasa), galT (galactosa transferasa), galK (galactocinasa) y galM (mutarotasa) que se transcriben a partir de dos promotores superpuestos, PG1 (+1) y PG2 (-5), aguas arriba de galE . [ 3 ] GalE codifica una epimerasa que convierte UDP-glucosa en UDP-galactosa. Esto es necesario para la formación de UDP-galactosa para la biosíntesis de la pared celular , en particular el lipopolisacárido, componente de la pared celular, incluso cuando las células no utilizan galactosa como fuente de carbono/energía. [ 4 ] GalT codifica la proteína galactosiltransferasa que cataliza la transferencia de un azúcar galactosa a un aceptor, formando un enlace glucosídico. [ 5 ] GalK codifica una quinasa que fosforila la α-D-galactosa a galactosa 1-fosfato . [ 6 ] Por último, galM cataliza la conversión de β-D-galactosa a α-D-galactosa como primer paso en el metabolismo de la galactosa. [ 7 ]

El operón gal contiene dos operadores , OE (externo) y OE (interno). El primero se encuentra justo antes del promotor , y el segundo justo después del gen galE (el primer gen del operón). Estos operadores se unen al represor GalR, que está codificado fuera de la región del operador. Para que esta proteína represora funcione correctamente, el operón también contiene un sitio de unión a histonas que facilita este proceso. [ 8 ]

Un sitio adicional, conocido como sitio activador, se encuentra después del operador externo, pero corriente arriba de PG2. Este sitio sirve como región de unión para el complejo cAMP-CRP, que modula la actividad de los promotores y, por lo tanto, la expresión génica. [ 9 ]

Regulación

galR

El gen no ligado galR codifica el represor para este sistema. Un represor GalR tetramérico se une a 2 operadores, uno ubicado en +55 y otro en -60 con respecto al sitio de inicio de PG1. El bucle del ADN bloquea el acceso de la ARN polimerasa a los promotores y/o inhibe la formación del complejo abierto. Este bucle requiere la presencia de la proteína similar a la histona, HU, para facilitar la formación de la estructura y permitir una represión adecuada. [ 8 ] Cuando GalR se une como dímero solo al sitio -60, el promotor PG2 se activa, no se reprime, lo que permite que se produzcan niveles basales de GalE. En este estado, el promotor PG1 se inactiva a través de interacciones con la subunidad alfa de la ARN polimerasa. [ 2 ] La actividad de esta proteína represora se controla en función de los niveles de D-galactosa en la célula. El aumento de los niveles de este azúcar inhibe la actividad del represor mediante una unión alostérica, lo que provoca un cambio conformacional de la proteína que suprime sus interacciones con la ARN polimerasa y el ADN. [ 10 ] Esto induce la actividad del operón, lo que incrementará la tasa de metabolismo de la galactosa.

Junto con el represor lac estructuralmente similar LacI, GalR es un miembro prototípico de la familia LacI/GalR de reguladores transcripcionales, controlados principalmente de forma alostérica. Mediante su acción sobre GalR, la galactosa y la fucosa son inductores del operón gal, mientras que el IPTG es un antiinductor. [ 11 ]

10.1038/srep27672

PCR-AMPc

El operón gal también está controlado por CRP-cAMP, de forma similar al operón lac. CRP-cAMP se une a la región -35, promoviendo la transcripción desde PG1 pero inhibiendo la transcripción desde PG2. Esto se logra debido a la ubicación de la secuencia de activación. Cuando CRP-cAMP se une a la secuencia de activación, bloquea la formación de un complejo abierto de la ARN polimerasa con PG2, pero potencia un complejo cerrado con la ARN polimerasa en PG1. Esto reprime la actividad del promotor PG2 y aumenta la actividad del promotor PG1. [ 9 ] Cuando las células se cultivan en glucosa , la transcripción basal ocurre desde PG2.

Véase también

Referencias

  1. ^ Weickert, MJ; Adhya, S. (octubre de 1993). "El regulón de galactosa de Escherichia coli" . Microbiología Molecular . 10 (2): 245– 251. doi : 10.1111/j.1365-2958.1993.tb01950.x . ISSN 0950-382X . PMID 7934815 . S2CID 6872903 .   
  2. 1 2 Roy, Siddhartha; Semsey, Szabolcs; Liu, Mofang; Gussin, Gary N.; Adhya, Sankar (2004-11-26). "GalR reprime galP1 al inhibir la formación del complejo abierto determinante de la velocidad a través del contacto de la ARN polimerasa: un mutante de control negativo de GalR". Journal of Molecular Biology . 344 (3): 609– 618. doi : 10.1016/j.jmb.2004.09.070 . ISSN 0022-2836 . PMID 15533432 .  
  3. ^ Adhya, S.; Molinero, W. (7 de junio de 1979). "Modulación de los dos promotores del operón galactosa de Escherichia coli". Naturaleza . 279 (5713): 492– 494. Bibcode : 1979Natur.279..492A . doi : 10.1038/279492a0 . ISSN 0028-0836 . PMID 221830 . S2CID 4260055 .   
  4. ↑ Holden, Hazel M.; Rayment, Ivan ; Thoden, James B. (2003-11-07). "Estructura y función de las enzimas de la vía de Leloir para el metabolismo de la galactosa" . The Journal of Biological Chemistry . 278 (45): 43885– 43888. doi : 10.1074/jbc.R300025200 . ISSN 0021-9258 . PMID 12923184 .  
  5. ↑ Williams, Gavin J.; Thorson, Jon S. (2009). «Glicosiltransferasas de productos naturales: propiedades y aplicaciones» . Advances in Enzymology and Related Areas of Molecular Biology . Vol. 76. pp. 55–119 . doi : 10.1002/9780470392881.ch2 . ISBN   978-0-470-39288-1. ISSN 0065-258X . PMID 18990828 .  
  6. ↑ Frey, PA (marzo de 1996). "La vía de Leloir: un imperativo mecanicista para que tres enzimas cambien la configuración estereoquímica de un solo carbono en la galactosa" . FASEB Journal . 10 (4): 461– 470. doi : 10.1096/fasebj.10.4.8647345 . ISSN 0892-6638 . PMID 8647345. S2CID 13857006 .   
  7. ↑ Thoden, James B.; Kim, Jungwook; Raushel, Frank M.; Holden, Hazel M. (mayo de 2003). " El mecanismo catalítico de la galactosa mutarrotasa" . Protein Science . 12 (5): 1051– 1059. doi : 10.1110/ps.0243203 . ISSN 0961-8368 . PMC 2323875. PMID 12717027 .   
  8. 1 2 Aki, T.; Choy, HE; ​​Adhya, S. (febrero de 1996). "Proteína similar a la histona HU como regulador transcripcional específico: función de cofactor en la represión de la transcripción de gal por el represor GAL" . Genes to Cells: Devoted to Molecular & Cellular Mechanisms . 1 (2): 179– 188. doi : 10.1046/j.1365-2443.1996.d01-236.x . ISSN 1356-9597 . PMID 9140062 .  
  9. 1 2 Musso, RE; Di Lauro, R.; Adhya, S.; de Crombrugghe, B. (noviembre de 1977). "Control dual para la transcripción del operón de la galactosa por AMP cíclico y su proteína receptora en dos promotores intercalados". Cell . 12 (3): 847– 854. doi : 10.1016/0092-8674(77)90283-5 . ISSN 0092-8674 . PMID 200371 . S2CID 37550787 .   
  10. ↑ Lee, Sang Jun; Lewis, Dale EA; Adhya, Sankar (diciembre de 2008). "La inducción de las enzimas de galactosa en Escherichia coli es independiente de la configuración óptica del hidroxilo C-1 del inductor d-galactosa" . Journal of Bacteriology . 190 (24): 7932– 7938. doi : 10.1128/JB.01008-08 . ISSN 0021-9193 . PMC 2593240. PMID 18931131 .   
  11. ↑ Swint-Kruse L, Matthews KS (abril de 2009). "Alostería en la familia LacI/GalR: variaciones sobre un tema" . Current Opinion in Microbiology . 12 (2): 129– 37. doi : 10.1016/j.mib.2009.01.009 . PMC 2688824. PMID 19269243 .