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14.12: Operones
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Operons
 
TRANSCRIPCIÓN

14.12: Operons

14.12: Operones

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.

Los prokaryotes pueden controlar la expresión génica a través de operones: secuencias de ADN que consisten en elementos reguladores y genes de codificación de proteínas agrupados y relacionados funcionalmente. Los operones utilizan una sola secuencia promotora para iniciar la transcripción de un grupo genético (es decir, un grupo de genes estructurales) en una sola molécula de ARNm. La secuencia del terminador finaliza la transcripción. Una secuencia de operadores, situada entre el promotor y los genes estructurales, prohíbe la actividad transcripcional del operón si está unido por una proteína represora. En conjunto, el promotor, el operador, los genes estructurales y el terminador forman el núcleo de un operón.

Los Operons suelen ser inducibles o reprimibles. Los opererones inducibles, como el operón lac bacteriano, normalmente están "apagados" pero se encienden "en presencia de una molécula pequeña llamada inductor (por ejemplo, aolactosa). Cuando la glucosa está ausente, pero la lactosa está presente, la aolactosa se une e inactiva el represor de operon lac, lo que permite al oerón generar enzimas responsables del metabolismo de la lactosa.

Los opererones represibles, como el trp operon bacteriano, suelen estar "encendidos" pero se apagan "apagados" en presencia de una molécula pequeña llamada un reprimente de núcleo (por ejemplo, triptófano). Cuando el triptófano, un aminoácido esencial, es abundante, el triptófano se une y activa el represor trp, lo que impide que el operón haga enzimas necesarias para su síntesis.

Los Operons también pueden estar activos de forma constitutiva (es decir, continuamente). Por ejemplo, los operones de ARN ribosomal (ARN) bacteriano (ARN) siempre están "encendidos" porque los ARNR son constantemente necesarios para la traducción.

Otros elementos reglamentarios también contribuyen a la expresión génica coordinada de un operon. Los genes reguladores codifican las proteínas de activador o represor transcripcional. Los genes lacI y trpR, por ejemplo, codifican para sus respectivos represores de operon. Las secuencias reguladoras adicionales, como el sitio de unión a la proteína activadora de catabolita (CAP) del lac operon, proporcionan sitios de unión para otros activadores o represores. Por ejemplo, cuando la glucosa es baja, una molécula de señalización (es decir, AMP cíclico) activa la PAC, lo que le permite unir el sitio de la PAC, reclutar ARN polimerasa e iniciar la transcripción de operones lac.


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