MICROBIOLOGIA ACESSÍVEL: O OPERON LAC
Bom dia, boa noite, boa tarde. Caros
curiosos, nós, membros da Bio-Logic(Caroline, Gabriel, Maria Vitória, Moises e Pedro), decidimos trazer para vossas senhorias um
assunto interessante, o operon lac, que como o nome induz, é uma operação que
ocorre acerca da lactose.
Lactose, o açúcar proveniente do leite, pode parecer agradável, uma vez
que não tem nada melhor para acompanhar uma torrada pela manhã do que um bom
copo de café com leite, mas não recomendaríamos comer este açúcar puro, se
mantenham com suas refeições diárias completas e apetitosas. Organismos mais
simples, como bactérias procariontes por exemplo, não possuem a capacidade de
lidar com essa gama de alimentos, logo, para estes seres, a lactose pura é o
que tem disponível, então eles aproveitam! E a tarefa do operon lac é
exatamente permitir que esse aproveitamento ofereça um custo-benefício
agradável para o organismo.
Mas o que exatamente é o Operon Lac? Bom, ele é um grupamento de genes
que possuem um único promotor para o mRNA, e esses genes codificam proteínas
que são capazes de usar a lactose como fonte de energia. Vale lembrar que, como
foi dito anteriormente, a lactose pura não é muito agradável, logo, na presença
de açúcares melhores, como a glicose, é preferível a utilização destes, o motivo
real é que a glicose precisa de menos etapas e menos energia para ser quebrada.
COMO É ESTRUTURADO
O OPERON LAC?
Se você for um humano comum que caiu de
paraquedas aqui, certamente não entendeu nada dessa imagem (se entendeu, a
Bio-Logic te venera), ainda mais se o inglês for um inimigo, e não um aliado.
Mas fique tranquilo, caro curioso, estamos aqui para fornecê-lo o conhecimento
de uma forma lógica e de fácil compreensão, então vamos lá!
Começando pela RNA Polymerase (RNA Polimerase, no português), que por
ter o sufixo “-ase” nos permite compreender que estamos tratando de uma enzima
(proteína que atua na degradação ou formação de componentes). Ela é necessária
para iniciar a transcrição no operon lac, lembrando que a transcrição e a
tradução são etapas importantes para a síntese proteica. O problema que temos à
primeira instância é que sozinha, a RNA Polimerase fica perdida, é incapaz de
seguir os caminhos necessários para sintetizar as proteínas, logo, ela precisa
de alguém para sinalizar onde ela pode iniciar seu trabalho, este é o papel do Promoter
(Promotor).
Seria muito simples se quando a enzima se ligasse ao Promotor ocorresse
um “Boom” e o mRNA fosse formado já preparado para sintetizar as proteínas
necessárias para quebrar a lactose, mas o Operon Lac é um mecanismo de
regulação, logo essa síntese precisa ser administrada, para que não haja caos
no sistema. O que queremos dizer é: seres procariontes prezam pela economia de
recursos e energia para que seja possível sobreviver em ambientes escassos, e
não seria possível economizar caso enzimas continuassem a ser produzidas até
mesmo na ausência de lactose no meio. Para isso, o Operon Lac possui dois
mecanismos reguladores que influenciam diretamente na produção de enzimas: o Repressor
Lac e a CAP.
Quando não há lactose no meio, o Repressor Lac (Repressor) se
liga ao segmento do DNA chamado Operador. Com a presença do repressor, a RNA
Polimerase é bloqueada, não chega aos genes estruturais, nenhum mRNA é formado
e não há síntese proteica. Entretanto, se surgir lactose no meio, como o
repressor se comportaria sob a necessidade bacteriana de produzir as tais
enzimas ? A resposta é simples: a lactose existe no meio junto com seu isômero,
a alolactose. A alolactose é capaz de se ligar ao Repressor Lac e alterar sua
conformação, fazendo com que este se desligue do operador. Sem o bloqueio, a
RNA Polimerase consegue voltar a seu trabalho e a bactéria volta a produzir
enzimas lactase.
Outro regulador é a proteína ativadora de catabólito (CAP), sendo
esta responsável por auxiliar a ligação da RNA Polimerase ao promotor,
aumentando os níveis de transcrição. Porém, se essa proteína apenas ajuda na
produção de mRNA, como assume função reguladora ? A CAP não está sempre ligada
ao seu sítio ativo no DNA, na verdade, a presença dela no Operon Lac é
influenciada por uma pequena molécula chamada AMPc. Essa molécula, que se liga
a CAP permitindo que esta por sua vez se ligue ao DNA, se torna muito presente
na ausência de glicose no meio e pouco presente em altos níveis de glicose. Ou
seja, dependendo da quantidade de glicose presente, pode haver mais ou menos
formação de lactase. Essa lógica permite que a quebra da lactose só ocorra
depois da bactéria ter utilizado toda a glicose no ambiente para gerar energia,
já que a glicose é sua fonte de energia preferida.
O Operon LAC possui ainda 3 genes estruturais, que é onde a RNA
Polimerase precisa chegar para transcrever seu mRNA : LacY, LacZ, LacA.
·
A Lacz codifica a enzima responsável por quebrar
a Lactose em dois monossacarídeos: a galactose e a glicose.
·
A LacY codifica a enzima responsável por
permeabilizar a membrana celular, permitindo que a lactose seja absorvida pela
célula.
·
A LacA ainda é pouco compreendida, mas se
acredita que esta também esteja envolvida no metabolismo e absorção da lactose
como energia para a bactéria.
Com estas ideias em mente, as imagens acima, que para um leigo podem ser
confusas e enigmáticas, se tornam mais coerentes e até ajudam a compreender o
complexo mecanismo de regulação de genes dos seres procariontes. É sempre bom
ter em mente que entender o funcionamento de genes bacterianos pode permitir o
tratamento de diversas doenças associadas a ação gênica de microrganismos no
corpo humano.
Bibliografia:
5. Bergmann,
D. C. (2011). Gene regulation: How to only make RNA (and protein) at the right
time and place. In BIO41: 2011 Molecular biology lectures on DNA, RNA and
biotechnology (pp. 9-13).
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