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14.12: Operões
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Operons
 
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14.12: Operons

14.12: Operões

Prokaryotes can control gene expression through operons—DNA sequences consisting of regulatory elements and clustered, functionally related protein-coding genes. Operons use a single promoter sequence to initiate transcription of a gene cluster (i.e., a group of structural genes) into a single mRNA molecule. The terminator sequence ends transcription. An operator sequence, located between the promoter and structural genes, prohibits the operon’s transcriptional activity if bound by a repressor protein. Altogether, the promoter, operator, structural genes, and terminator form the core of an operon.

Operons are usually either inducible or repressible. Inducible operons, such as the bacterial lac operon, are normally “off” but will turn “on” in the presence of a small molecule called an inducer (e.g., allolactose). When glucose is absent, but lactose is present, allolactose binds and inactivates the lac operon repressor—allowing the operon to generate enzymes responsible for lactose metabolism.

Repressible operons, such as the bacterial trp operon, are usually “on” but will turn “off” in the presence of a small molecule called a corepressor (e.g., tryptophan). When tryptophan—an essential amino acid—is abundant, tryptophan binds and activates the trp repressor—preventing the operon from making enzymes required for its synthesis.

Operons may also be constitutively (i.e., continuously) active. For example, bacterial ribosomal RNA (rRNA) operons are always “on” because rRNAs are constantly required for translation.

Other regulatory elements contribute to an operon’s coordinated gene expression as well. Regulatory genes encode transcriptional activator or repressor proteins. The lacI and trpR genes, for example, encode for their respective operon’s repressors. Additional regulatory sequences, such as the lac operon’s catabolite activator protein (CAP) binding site, provide binding sites for other activators or repressors. For instance, when glucose is low, a signaling molecule (i.e., cyclic AMP) activates CAP—permitting it to bind the CAP site, recruit RNA polymerase, and initiate lac operon transcription.

Os procariotas podem controlar a expressão genética através de operões—sequências de DNA que consistem em elementos regulatórios e genes de codificação de proteínas agrupados e funcionalmente relacionados. Os operões usam uma única sequência de promotores para iniciar a transcrição de um aglomerado genético (ou seja, um grupo de genes estruturais) em uma única molécula de mRNA. A sequência de terminação finaliza a transcrição. Uma sequência de operador, localizada entre o promotor e genes estruturais, proíbe a atividade transcricional dos operões se estiver ligada a uma proteína repressora. Juntos, o promotor, o operador, os genes estruturais e a terminação formam o núcleo de um operão.

Os operões são geralmente indutíveis ou repressíveis. Operões indutíveis, como o operão bacteriano lac, estão normalmente “desligados”, mas “ligam” na presença de uma pequena molécula chamada indutor (por exemplo, alolactose). Quando a glicose está ausente, mas a lactose está presente, a alolactose liga-se e inativa o repressor do operão lac—permitindo que o operão produza enzimas responsáveis pelo metabolismo da lactose.

Operões repressíveis, como o operão bacteriano trp, estão geralmente “ligados”, mas “desligam” na presença de uma pequena molécula chamada correpressor (por exemplo, triptofano). Quando o triptofano—um aminoácido essencial—é abundante, o triptofano liga-se e ativa o repressor de trp—impedindo que o operão produa enzimas necessárias para a sua síntese.

Os operões também podem ser constitutivamente (ou seja, continuamente) ativos. Por exemplo, os operões de RNA ribossómico (rRNA) bacteriano estão sempre “ligados” porque os rRNAs são constantemente necessários para tradução.

Outros elementos regulatórios também contribuem para a expressão genética coordenada de um operão. Genes regulatórios codificam proteínas ativadoras ou repressoras da transcrição. Os genes lacI e trpR, por exemplo, codificam para os seus respectivos operões repressores. Sequências regulatórias adicionais, como o local de ligação da proteína ativadora de catabolitos (CAP) do operão lac, fornecem locais de ligação para outros ativadores ou repressores. Por exemplo, quando a glicose está baixa, uma molécula de sinalização (ou seja, AMP cíclico) ativa o CAP—permitindo que ela ligue o local CAP, recrute a RNA polimerase e inicie a transcrição do operão lac.


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