EL EXPERIMENTO
Como se presenta en la prueba de resolución de problemas en el último número de la Educación en Bioquímica y Biología Molecular, la unidad de transcripción que codifica las enzimas de la biosíntesis del triptófano está regulada por el represor trp1: el triptófano que actúa como un correpresor se une y activa al represor, que a su vez se une a la región operadora y bloquea el movimiento de la ARN polimerasa y, por lo tanto, la transcripción de los genes estructurales trp E, D, C, B y A que codifican las enzimas de la síntesis de triptófano. Sin embargo, esta inhibición es «permeable»: hay alguna transcripción del operón incluso en presencia de triptófano; esto desperdiciaría energía para producir enzimas que no son necesarias. Un segundo mecanismo regulador, llamado atenuación, derriba esta transcripción residual en el operón de trp .
Una región corta entre el operador y el primer gen estructural (trp E), llamado leader (Fig. 1), es responsable de la atenuación. La secuencia líder es deairs 140 pares de base de largo y codifica para la región de 5’de extremo del ARNm de trp que precede al codón de iniciación del primer gen estructural. La región líder del ARNm de prt tiene una estructura única (Fig. 2a). Contiene un marco de lectura abierto corto (ORF) que codifica un oligopéptido llamado péptido líder. Dos secuencias palindrómicas (región 1/2 y región 3/4) producen pareados de base auto‐complementarios que conducen a la formación de estructuras horquillas. La segunda horquilla (región 3/4) es seguida por un tramo de Nosotros, creando una característica estructural de ciertos terminadores de transcripción. La codificación ORF para el péptido líder se superpone con la región 1 y contiene dos codones para el triptófano. Además, las regiones 2 y 3 son complementarias no sólo de las regiones 1 y 4, respectivamente, sino también entre sí. Esta estructura bastante complicada de la secuencia líder prepara el escenario para un ingenioso mecanismo de regulación para la transcripción del operón.
Fig. 1. The structure of the tryptophan operon of E. coli (en inglés).(P, promotor; O, operador; L, líder; E, D, C, B y A, genes estructurales. La figura no se dibuja a escala: las regiones P, O y L son mucho más cortas que los genes codificadores de proteínas.)
Fig. 2. Atenuación en la regulación del operón trp de E. coli. a) La estructura de la región de 5’de extremo del ARNm del PRT. b) Relajación de la atenuación en medio de bajo triptófano. c) Terminación temprana (atenuación) de la transcripción de prt en medio de triptófano alto (para más detalles, véase el texto).
La atenuación se basa en la transcripción/traducción acoplada en procariotas: los ribosomas se unen a ARNm nacientes formando complejos cromosómicos–polisómicos; por lo tanto, la síntesis de proteínas comienza en cadenas de ARNm en crecimiento. Si no se dispone de triptófano (Fig. 2b), el ribosoma se bloquea en los ORF codificadores de péptidos líderes que interrumpen la horquilla 1/2 y conducen a la formación de la horquilla 2/3. Esta horquilla evita la generación de la horquilla de terminación 3/4 (llamada atenuador), y, por lo tanto, la ARN polimerasa es capaz de continuar elongando y transcribe todo el operón en una transcripción de longitud completa. Sin embargo, si el triptófano está presente, el ribosoma se mantiene en movimiento y evita la formación de horquillas 1/2 y 2/3 (Fig. 2c). El atenuador horquilla 3/4 puede formar y terminar la transcripción. El péptido líder y el ARN líder corto se degradan rápidamente, y los genes estructurales no se transcriben. Revise el mecanismo y resuelva la siguiente prueba.
En este experimento ficticio se utilizan dos mutantes operónicos trp: en uno de ellos, los dos codones UGG que codificaban para triptófano se convirtieron en GGGs (codones para glicina; designados «mutante de codón trp» a lo largo de la prueba); en el otro, se eliminó la región 3 («mutante de la región 3»).
Tipo salvaje E. las células coli, los «mutantes del codón trp» y los «mutantes de la región 3» se cultivan en un medio rico que contiene todos los aminoácidos (incluido el triptófano) en concentraciones óptimas. ¿Qué les pasa?
Análisis del experimento
- (a)
si la declaración está respaldada por la información proporcionada;
- (b)
si la declaración está en contradicción con la información proporcionada;
- (c)
si la declaración no está respaldada ni contradicha por la información proporcionada.
- 1)
_____ «Prt codón mutante» de las células mueren.
- 2)
_____ Las células de tipo salvaje crecen más rápido.
- 3)
_____ Las células mutantes de la «Región 3» crecen más lentamente en tales condiciones.
- 4)
_____ Se forman complejos cromosómicos–polisómicos en el operón trp en las tres células.
- 5)
_____ El triptófano se sintetiza en cantidades significativas solo en células mutantes de la» región 3″.
- 6)
_____ Usando un fragmento de ADN líder de trp como sonda, el análisis Northern blot del ARN celular en» mutantes de codón de trp » identifica una banda fuerte correspondiente a un ARN de 140 nucleótidos.
- 7)
_____ Usando la misma sonda, se detectan grandes cantidades de transcripciones de operones trp de longitud completa en muestras de ARN celular de tipo salvaje.
Las mismas células ahora se cultivan en un medio que contiene todos los aminoácidos excepto el triptófano. ¿Cómo se comportan las células en tales condiciones?
Análisis del experimento
- (a)
si la declaración está respaldada por la información proporcionada;
- (b)
si la declaración está en contradicción con la información proporcionada;
- (c)
si la declaración no está respaldada ni contradicha por la información proporcionada.
- 8)
_____ «Prt codón mutante» de las células mueren.
- 9)
_____ Las células de tipo salvaje crecen más rápido.
- 10)
_____ Las células mutantes de la «Región 3» crecen más lentamente en tales condiciones.
- 11)
_ _ _ _ _ Se forman complejos cromosómicos-polisómicos en el operón trp en las tres células.
- 12)
_____ El triptófano se sintetiza en cantidades significativas solo en células mutantes de la» región 3″.
- 13)
_____ Usando un fragmento de ADN líder de trp como sonda, el análisis Northern blot del ARN celular en» mutantes de codón de trp » identifica una banda fuerte correspondiente a un ARN de 140 nucleótidos.
- 14)
_____ Usando la misma sonda, se detectan grandes cantidades de transcripciones de operones trp de longitud completa en muestras de ARN celular de tipo salvaje.