óperon triptofano: qual a lógica de funcionamento?

e.g.

 + co-repressor 

Ausência de expressão

- co-repressor 

expressão

Operon triptófano

Genes estruturais 
O operon triptófano (figura 6) contém cinco genes estruturais que codificam para enzimas envolvidas na síntese do triptófano. Esses genes são transcritos a partir de um promotor comum em um RNAm policistrônico, que é traduzido para produzir as cinco enzimas.

Genes regulatórios 
A expressão dos genes estruturais é não somente influenciada pela presença do co-repressor, como também é controlada por um gene regulatório específico. O gene regulatório pode estar próximo ou distante dos genes que estão sendo regulados. O gene regulatório codifica para um produto protêico específico chamado de REPRESSOR (às vezes chamado de apo-repressor). Quando o repressor é sintetizado ele é inativo. Entretanto, ele pode ser ativado ao se complexar com o co-repressor (ou seja, o triptófano).

Operador 
O complexo repressor/co-repressor ativo age através da ligação a uma região específica do DNA chamada de operador, que está adjascente aos genes estruturais que estão sendo regulados. Os genes estruturais juntamente com a região do operador e o promotor são chamados em conjunto de OPERON. Assim, na presença do co-repressor o repressor é ativo e se liga ao operador, resultando na repressão da transcrição dos genes estruturais. Ao contrário, na ausência do co-repressor o repressor é inativo e não se liga ao operador, resultando na transcrição dos genes estruturais. Este tipo de controle é chamado de CONTROLE NEGATIVO, visto que a função do produto do gene regulatório (repressor) é de desligar a transcrição dos genes estruturais.

Co-repressor 
A transcrição dos genes do triptófano é influenciada pela presença ou ausência de um co-repressor (triptófano) (Figura 7).

  Figura 9  Formação de pareamentos e alças (grampos)

Atenuação

Em muitos operons repressíveis, a transcrição que se inicia no promotor pode terminar prematuramente em uma região lider que precede o primeiro gene estrutural. (i.e. a polimerase termina a transcrição antes de chegar ao primeiro gene do operon). Esse fenômeno é chamado de ATENUAÇÃO; o término prematuro da transcrição. Embora a atenuação seja vista em vários operons, o mecanismo é melhor entendido naqueles operons repressíveis envolvidos na biossíntese de aminoácidos. Nesses casos a atenuação é regulada pela disbonibilidade de um RNAt aminoacilado cognato.

Mecanismo (Ver Figura 8)
Quando a transcrição é iniciada no promotor, ela começa na verdade antes do primeiro gene estrutural e um transcrito lider é feito. Esta região líder contém um sinal de início e um sinal de parada da síntese protêica. Uma vez que a bactéria não tem uma membrana nuclear, a transcrição e tradução podem ocorrer simultaneamente. Assim, um pequeno peptídio pode ser feito enquanto a RNA polimerase está transcrevendo a região lider. O peptídio-teste contém alguns resíduos de triptófano no meio dele. Assim, se tem uma quantidade suficiente de triptofanil-t-RNA para traduzir o peptídio-teste, o peptídio inteiro será feito e o ribossoma vai chegar até o sinal de parada. Se, por outro lado, não tem bastante triptofanil-t-RNA para traduzir o peotídio, o ribossoma vai parar nos dois codons do triptófano antes de chegar ao sinal de parada.

A sequência no RNAm lider contém quatro regiões, as quais têm sequências complementares (Figura 9). Assim, estruturas diferentes secundárias “pareadas e em alça” podem ser formadas. Região 1 pode formar somente pareamento com a região 2; região 2 pode formar pareamento ou com a região 1 ou com a região 3; região 3 pode formar pareamento com a região 2 ou 4; e região 4 pode formar pareamento somente com a região 3. Assim, três estruturas pareamento/alça podem ser formadas no RNA.

região 1:região 2

região 2: região 3

região 3: região 4

Uma das estruturas possíveis (região 3 pareando com a região 4) gera um sinal para a RNA polimerase terminar a transcrição (i.e. para atenuar a transcrição). Entretanto, a formação de uma estrutura em pareamento e alça pode eliminar a formação das outras. Se a região 2 forma pareamento com a região 1 ela não está disponível para parear com a região 3. Da mesma forma, se a região 3 forma pareamento com a região 2 ela não está disponível para parear com a região 4.

A habilidade dos ribossomas de traduzir o peptídio-teste irá afetar a formação das várias estruturas em pareamento e alça (Figura 10). Se o ribossoma atinge o sinal de parada da tradução ele vai estar cobrindo a região 2 e assim a região 2 não vai estar disponível para formar pareamento com outras regiões. Isso permite a geração do sinal de término da transcrição porque a região 3 vai estar disponível para parear com a região 4. Assim, quando tiver bastante triptofanil-t-RNA para traduzir o peptídio-teste a atenuação vai ocorrer e os genes estruturais não serão transcritos. Ao contrário, quando tiver quantidadde de triptofanil-t-RNA insuficiente para traduzir o peptídio-teste não vai acontecer atenuação. Isso é porque o ribossomo vai parar nos dois codons de triptofano na região 1, permitindo portanto a região 2 parear com a região 3, impedindo a formação do sinal de atenuação (i.e. região 3 pareia com região 4). Assim, os genes estruturais vão ser transcritos.