Represor lac - Lac repressor

Estructura cristalina anotada de LacI dimérico . Dos monómeros (de cuatro en total) cooperan para unir cada secuencia de operador de ADN. Los monómeros (rojo y azul) contienen dominios centrales y de unión al ADN (etiquetados) que están conectados por un enlazador (etiquetado). No se muestra la hélice de tetramerización C-terminal. El represor se muestra en complejo con ADN operador (oro) y ONPF (verde), un ligando antiinductor ( es decir, un estabilizador de la unión al ADN)

El represor lac es una proteína de unión al ADN que inhibe la expresión de genes que codifican proteínas involucradas en el metabolismo de la lactosa en bacterias. Estos genes se reprimen cuando la célula no dispone de lactosa , lo que garantiza que la bacteria solo invierta energía en la producción de la maquinaria necesaria para la captación y utilización de lactosa cuando la lactosa está presente. Cuando la lactosa está disponible, se convierte en alolactosa , que inhibe la capacidad de unión al ADN del represor lac , lo que aumenta la expresión génica.

Función

El lac represor (LacI) opera por una hélice-giro-hélice motivo en su dominio de unión a ADN , la unión de base-específicamente al surco mayor de la región del operador de la lac operón , con contactos de base también hechas por residuos de relacionadas con la simetría hélices alfa, las hélices "bisagra", que se unen profundamente en el surco menor. Este represor unido puede reducir la transcripción de las proteínas Lac ocluyendo el sitio de unión de la ARN polimerasa o provocando un bucle de ADN. Cuando hay lactosa, la alolactosa se une al represor lac , provocando un cambio alostérico en su forma. En su estado modificado, el represor lac es incapaz de unirse estrechamente a su operador afín. Por lo tanto, el gen está mayormente apagado en ausencia de inductor y mayormente encendido en presencia de inductor, aunque el grado de expresión génica depende del número de represores en la célula y de la afinidad de unión al ADN del represor. El isopropil β-D-1-tiogalactopiranósido (IPTG) es un imitador de alolactosa comúnmente usado que puede usarse para inducir la transcripción de genes que están regulados por el represor lac .

Estructura

LacI tetramérico se une a dos secuencias de operador e induce la formación de bucles de ADN. Dos subunidades funcionales de LacI diméricas (rojo + azul y verde + naranja) se unen cada una a una secuencia de operador de ADN (etiquetada). Estas dos subunidades funcionales están acopladas en la región de tetramerización (marcada); por tanto, LacI tetramérico se une a dos secuencias de operadores. Esto permite que LacI tetramérico induzca bucles de ADN.

Estructuralmente, la proteína represora lac es un homotetrámero . Más precisamente, el tetrámero contiene dos subunidades de unión al ADN compuestas por dos monómeros cada una (un dímero de dímeros). Cada monómero consta de cuatro regiones distintas:

  • Un dominio de unión al ADN N-terminal (en el que dos proteínas LacI se unen a un solo sitio operador)
  • Un dominio regulador (a veces llamado dominio central , que se une a la alolactosa, una molécula efectora alostérica)
  • Un enlazador que conecta el dominio de unión al ADN con el dominio central (a veces llamado hélice de bisagra , que es importante para la comunicación alostérica)
  • Una región de tetramerización C-terminal (que une cuatro monómeros en un paquete de hélice alfa)

La unión al ADN se produce a través de un motivo estructural de hélice-giro-hélice N-terminal y se dirige a una de varias secuencias de ADN del operador (conocidas como O 1 , O 2 y O 3 ). La secuencia del operador O 1 se superpone ligeramente con el promotor, lo que aumenta la afinidad de la ARN polimerasa por la secuencia del promotor de manera que no puede entrar en elongación y permanece en un inicio abortivo . Además, debido a que cada tetrámero contiene dos subunidades de unión al ADN, la unión de múltiples secuencias de operador por un solo tetrámero induce un bucle de ADN.

Cinética de búsqueda de la unión al ADN

Se plantea la hipótesis de que lacI y otros factores de transcripción (TF) encuentran sus sitios de unión por difusión facilitada, una combinación de difusión libre en 3D y deslizamiento 1D en el ADN. Durante el deslizamiento, el represor está en contacto constante con la hélice del ADN, deslizándose y siguiendo su surco principal, lo que facilita y acelera el proceso de búsqueda al reducir la dimensionalidad. Después de sondear un promedio de 45 pb por deslizamiento, el TF se separa espontáneamente y reanuda la exploración del genoma en 3D. Durante el deslizamiento, se cree que LacI se desliza sobre el operador O 1 varias veces antes de que se una, lo que sugiere un compromiso entre la búsqueda rápida de secuencias no específicas y la unión a secuencias específicas. Una simulación de dinámica molecular de todos los átomos sugiere que el factor de transcripción encuentra una barrera de 1 k B T para el deslizamiento y 12 k B T para la disociación, lo que implica que el represor se deslizará más de 8 pb en promedio antes de disociarse. El modelo de búsqueda in vivo del represor lac incluye la transferencia y el salto entre segmentos, así como el apiñamiento de otras proteínas que hacen que el genoma de las células de E. coli sea menos accesible para el represor. La existencia del salto, donde la proteína se desliza fuera del surco principal del ADN para aterrizar en otro surco cercano a lo largo de la cadena de ADN, se ha demostrado más directamente in vitro , donde se ha observado que el represor lac evita a los operadores, la orientación del giro y rotar con un paso más largo que el período de 10,5 pb del ADN mientras se mueve a lo largo de él.

Descubrimiento

El represor lac fue aislado por primera vez por Walter Gilbert y Benno Müller-Hill en 1966. Mostraron que in vitro la proteína se unía al ADN que contenía el operón lac y liberaba el ADN cuando se agregaba IPTG (un análogo de la alolactosa).

Ver también

Referencias

enlaces externos