Operons

Plano geral da estrutura do operon

A organização operônica do genoma é típica de procariotos, embora também seja encontrada em outros organismos. Um operon clássico consiste em partes estruturais e regulatórias que funcionam como um mecanismo único.

Principais elementos do operon:

• Genes estruturais. São sequências de DNA que codificam informações para proteínas, tRNA e rRNA. A transcrição desses genes ocorre em conjunto, resultando em uma molécula única — o RNA policistrônico.
• Promotor. O local de início para a enzima RNA polimerase. Ele pode ser adjacente ao próximo elemento ou até mesmo se sobrepor a ele.
• Operador. Um «interruptor» peculiar que controla a função dos genes estruturais. Proteínas regulatórias específicas se ligam a essa região. Se o operador estiver livre, a transcrição ocorre sem obstáculos; se estiver bloqueado por uma proteína repressora, ela para.
• Terminador. A região final onde a síntese de RNA é concluída.

Note que o gene regulador não faz parte do próprio operon. Ele está localizado à distância, possui seu próprio promotor e é responsável pela síntese da proteína regulatória. Essa proteína possui alta afinidade pelo operador e interage fisicamente com ele.

Tipos de controle de expressão

Dependendo de como a proteína regulatória afeta a RNA polimerase, existem dois tipos principais de controle da função do operon.

Em organismos procarióticos, os mecanismos de controle gênico são mais frequentemente implementados por meio de regulação negativa.

Operon lactose (Operon Lac)

O funcionamento do operon lactose (operon Lac) é um exemplo clássico de indução negativa. O gene regulador lacI codifica a proteína repressora, enquanto os genes estruturais codificam enzimas para a quebra e o transporte de lactose: $\beta$-galactosidase (lacZ), $\beta$-galactosídeo permease (lacY) e $\beta$-galactosídeo transacetilase (lacA). O produto do gene lacA é extremamente importante: ele converte a lactose na forma de alolactose, que atua como indutor.

1. Fase de indução (ativação) Ocorre quando a lactose aparece no meio:

1. A proteína repressora sintetizada está presente na célula.
2. A alolactose formada se liga ao centro ativo do repressor.
3. A estrutura terciária da proteína repressora muda, fazendo com que ela perca a capacidade de se manter fixada ao operador.
4. O operador é liberado, a RNA polimerase se fixa ao promotor e a síntese de enzimas para a assimilação do açúcar começa.

2. Fase de inativação (desativação) É acionada quando os estoques de lactose se esgotam:

1. O indutor (alolactose) está ausente.
2. A proteína repressora retorna à sua forma original e se liga firmemente ao operador.
3. Um obstáculo físico é criado na zona do operador-promotor.
4. A RNA polimerase não consegue se ligar ao DNA, a transcrição cessa e as enzimas não são produzidas.

Operon triptofano

O operon triptofano contém genes responsáveis pela biossíntese do aminoácido triptofano. Seu funcionamento baseia-se no princípio da repressão negativa. Ao contrário do sistema da lactose, aqui a repressão da função gênica é causada pelo próprio produto final — o triptofano, que atua como um corepressor.

Inicialmente, a proteína repressora sintetizada (aporepressor) está inativa porque se dissocia em monômeros. Enquanto não há triptofano, o operador está livre, a RNA polimerase funciona e a célula sintetiza o aminoácido.

Assim que a concentração de triptofano se torna suficiente, ele se liga à proteína repressora inativa. Essa interação altera a configuração espacial da proteína — ela é ativada, liga-se ao operador e bloqueia totalmente a transcrição. A síntese para, uma vez que a célula já está suprida com a substância necessária.

Operons de eucariotos

Durante muito tempo na biologia, prevaleceu a opinião de que o princípio de operon da estrutura do genoma era uma característica exclusiva dos procariotos. No entanto, pesquisas genéticas modernas refutaram esse dogma.

Descobriu-se que os genes eucarióticos também podem se agrupar em operons. Um exemplo marcante são os nematódeos de vida livre (Caenorhabditis elegans), em cujo genoma foram descobertos operons que incluem até oito genes. Além disso, construções genéticas semelhantes foram encontradas em tripanossomas, algumas espécies de moscas, plantas e até mamíferos.

Resumo: perguntas e respostas sobre o tema

Questões de aulas e exames

O que mais estudar sobre o tema

• Alterações espaciais da estrutura terciária da proteína repressora
• Funções da $\beta$-galactosidase e da $\beta$-galactosídeo permease no metabolismo
• Diferenças moleculares entre operons de procariotos e eucariotos
• Mecanismo detalhado do controle positivo da transcrição
• Especificidade da transcrição do mRNA policistrônico em nematódeos

Outros tópicos da seção "Genética Molecular"

Material preparado por professores da WhiteCoat Pro de acordo com o currículo de medicina. Possui caráter educacional.