Conceito de Operão
Um operão é formado pelo promotor, genes estruturais e pelo operador. Em procariontes, os genes estruturais que codificam proteínas que fazem parte da mesma via metabólica, são muitas vezes contíguos e controlados em conjunto ao fazerem parte do mesmo operão. Deste modo, são expressos no mesmo RNA mensageiro, num transcrito denominado policistrónico. Apesar dos genes de eucariontes serem geralmente considerados monocistrónicos, tendo cada um o seu promotor, foram nos últimos anos reportados casos de transcrição policistrónica em eucariontes. Assim, também existem operões eucariontes nos quais ocorre a co-expressão de proteínas funcionalmente relacionadas tal como acontece nos operões bacterianos. A título de exemplo, o nemátodo Caenorhabditis elegans terá sido o primeiro animal no qual foram descobertos operões, em 1993. Os transcritos policistrónicos dos seus operões são posteriormente processados em transcritos monocistrónicos.
Pode-se classificar os operões em dois tipos: indutíveis e repressores. Os operões indutíveis são aqueles que estão envolvidos no catabolismo de determinados substratos, a título de exemplo, a decomposição de açúcares como a lactose nos seus constituintes mais simples. Os operões repressores estão por sua vez envolvidos no anabolismo de substâncias essenciais à célula, tais como a síntese de aminoácidos, como por exemplo o operão de triptofano. O operão trp engloba cinco genes estruturais necessários para a biosíntese de triptofano. No entanto, este aminoácido é também um corepressor do operão trp e por isso, quando está presente na célula em quantidade suficiente, liga-se ao repressor e inibe a sua síntese.
O operão de triptofano na ausência e presença de triptofano. O triptofano é um corepressor do operão trp,e por isso quando existe em quantidade suficiente na célula liga-se ao repressor e inibe a sua síntese. Adaptado de http://www.biorede.pt/page.asp?id=1565.
A disponibilidade das fontes de carbono e os produtos de genes reguladores controlam a expressão dos genes no operão. Pode assim ocorrer dois tipos de regulação, positiva ou negativa. Ocorre uma regulação negativa quando, na ausência de substrato, uma proteína repressora liga-se ao operador, impedido que a RNA polimerase se ligue ao promotor ou se mova ao longo do DNA, e consequentemente bloqueando a transcrição. Um exemplo deste tipo de regulação é a que ocorre no operão da lactose. O gene regulador lacI ou repressor lac produz um mRNA que, por sua vez, produz uma proteína que pode ligar-se ao operador do operão da lactose, na ausência deste substrato. O gene que codifica esta proteína repressora encontra-se fora do operão, sendo constantemente produzidas quantidades parcas da proteína repressora. No entanto, na presença de lactose ou um indutor como o IPTG, esta liga-se ao repressor modificando a sua conformação e desta maneira dificultando a sua ligação ao operador. Isto permite o acesso da RNA polimerase e a transcrição dos genes do operão necessários ao metabolismo da lactose.
O operão da lactose na ausência e presença de lactose. Na ausência de lactose, o repressor lac liga-se ao operador, impedindo a transcrição. Na presença de lactose, o repressor lac altera a sua conformação, reduzindo a sua afinidade para o operador lac. Assim, a RNA polimerase inicia a transcrição dos genes estruturais lacZ, lacY e lacA. Adaptado de http://www.biorede.pt/page.asp?id=1564.
Ocorre uma regulação positiva dos operões bacterianos quando é necessário que uma proteína ativadora se ligue ao promotor para aumentar a afinidade da RNA polimerase ao promotor. Com a ligação da proteína ativadora ocorre a transcrição do operão e/ou o aumento da transcrição. A proteína ativadora pode ser ativa ou inativa. Quando a proteína ativadora é inativa, ela tem de ligar-se a uma molécula efetora para poder se ligar ao promotor ou fazer a ligação com mais eficiência. A situação inversa pode ocorrer quando a proteína ativadora é ativa, ou seja, ao ligar-se a determinada molécula torna-se inativa.
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