Represor de lactosa

El represor de lactosa ( ing.  Lac represor ) es una proteína de unión al ADN que inhibe la expresión de genes que codifican proteínas del operón lactosa . Codificado por el gen lacI . Las proteínas del operón lactosa están involucradas en el metabolismo de la lactosa en las células bacterianas . Estos genes se regulan a la baja cuando la lactosa no está disponible para las células, lo que garantiza que la célula bacteriana no desperdicie energía sintetizando proteínas que metabolizan la lactosa en ausencia de lactosa . Cuando la lactosa está disponible, se convierte en alolactosa , que inhibe la capacidad del represor de lactosa para unirse al ADN. Cuando el represor no está asociado con el operador del operón lactosa , comienza su transcripción y posterior síntesis de enzimas del metabolismo de la lactosa [1] .

Estructura

El represor de lactosa (represor lac ) de Escherichia coli es un homotetrámero con una masa de 154.520 daltons . Cada uno de los cuatro monómeros contiene 360 ​​residuos de aminoácidos y consta de un dominio N-terminal , una región de enlace o bisagra, un dominio de unión al azúcar y un dominio C-terminal . El dominio N-terminal contiene el motivo estructural "hélice-giro-hélice" , que es responsable de la interacción con el operador. Este motivo está formado por dos hélices α (residuos de aminoácidos 6-25). El dominio N-terminal es un dominio globular pequeño y compacto con un núcleo hidrofóbico bien definido , que está formado por tres hélices α. El enlazador o región bisagra (residuos 46-62) conecta el dominio N-terminal de unión al ADN con la parte de unión al azúcar (núcleo) del represor . Se cree que esta región no tiene una estructura secundaria pronunciada y consiste en hélices dispersas; sin embargo, en presencia de ADN, se ordena y forma una hélice α, que interactúa con el operador y orienta el dominio de unión al ADN de el represor lac de cierta manera. El núcleo represor, o dominio de unión al azúcar, consta de dos subdominios. La estructura espacial de los subdominios es muy similar, aunque existe poca similitud entre ellos en la composición de los residuos de aminoácidos. Cada subdominio contiene 6 hojas β paralelas , intercaladas entre cuatro hélices α. El dominio C-terminal es responsable del ensamblaje del tetrámero [1] .

El represor de lactosa es un tetrámero inusual. Sus monómeros forman dímeros estables . Esta interacción es proporcionada por cinco grupos de aminoácidos. Los dímeros, a su vez, pueden combinarse para formar tetrámeros debido a la interacción de las hélices alfa C-terminales (residuos 340-357). Cada hélice contiene dos secciones, que consisten en siete residuos de leucina , que proporcionan la interacción de las cuatro hélices alfa. Los tetrámeros del represor de lactosa se consideran más correctamente como dímeros de dímeros, ya que no tienen la simetría característica de otras proteínas oligoméricas . Son los dímeros los que se unen al ADN, es decir, cada tetrámero del represor de lactosa se puede asociar con dos operadores [1] .

Funcionamiento

Como se mencionó anteriormente, la unión del represor de lactosa al ADN se produce a través del motivo estructural N-terminal hélice-giro-hélice, que se une al surco principal del ADN . Además, las regiones bisagra se unen al ADN. La unión se produce debido a la interacción de las hélices ordenadas de las regiones bisagra y el surco menor del ADN [2] . Dado que cada tetrámero puede unir dos operadores al mismo tiempo, la unión de varias secuencias de operadores por un tetrámero provoca la formación de bucles en el ADN [3] . La unión del represor al ADN aumenta la afinidad de la ARN polimerasa por el promotor hasta tal punto que no puede abandonarlo y, por lo tanto, no puede comenzar la elongación de la transcripción de los genes del operón lactosa. En presencia de lactosa, la alolactosa se une al represor lac , alterando alostéricamente su estructura espacial de modo que el represor no puede unirse firmemente al operador. En estudios in vitro , el isopropil-β-D-1-tiogalactopiranósido (IPTG) se usa a menudo como una sustancia que imita la acción de la alolactosa [1] .

Descubrimiento

El represor de lactosa fue aislado Walter Gilbert y Benno Müller-Hill 1966 .  Esto sucedió un año después de que Jacques Monod y François Jacob , quienes describieron el operón lactosa, recibieran el Premio Nobel de Fisiología o Medicina por su investigación en la regulación de la expresión génica. Gilbert y Muller-Hill pudieron demostrar en condiciones in vitro que la proteína se une al ADN que contiene el operón de lactosa y se disocia del ADN cuando se agrega IPTG. También aislaron la porción de ADN asociada con la proteína utilizando la enzima desoxirribonucleasa , que escinde el ADN. Después del tratamiento del complejo represor-ADN con esta enzima, algunas moléculas de ADN permanecieron sin escindir; se sugirió que estaban protegidos por el represor de la acción de la enzima, lo que luego se confirmó. Estos experimentos confirmaron el mecanismo del operón de lactosa propuesto previamente por Monod y Jacob [4] [1] .

Notas

1. ↑ 1 2 3 4 5 Lewis M. El represor lac.  (Inglés)  // Comptes rendus biologies. - 2005. - vol. 328, núm. 6 _ - Pág. 521-548. -doi : 10.1016 / j.crvi.2005.04.004 . —PMID 15950160 .
2. ↑ Schumacher MA , Choi KY , Zalkin H. , Brennan RG Estructura cristalina del miembro de LacI, PurR, unido al ADN: Unión del surco menor por hélices alfa.  (Inglés)  // Ciencia (Nueva York, NY). - 1994. - vol. 266, núm. 5186 . - Pág. 763-770. —PMID 7973627 .
3. ↑ Oehler S. , Eismann ER , Krämer H. , Müller-Hill B. Los tres operadores del operón lac cooperan en la represión.  (Inglés)  // La revista EMBO. - 1990. - vol. 9, núm. 4 . - Pág. 973-979. —PMID 2182324 .
4. ↑ Gilbert W. , Müller-Hill B. Aislamiento del represor lac.  (inglés)  // Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América. - 1966. - Vol. 56, núm. 6 _ - Pág. 1891-1898. —PMID 16591435 .