Operon Lac

RKA - Vamos falar agora sobre um dos operons mais famosos, o "operon lac", que pertence ao genoma de "Escherichia coli" e seu nome "lac" se refere à lactose. Então, você pode imaginar que ele codifica genes envolvidos no metabolismo da lactose. E a palavra lactose deve ser familiar a você. É o glicídio encontrado no leite. Alguns de nós, inclusive eu, são intolerantes à lactose. Tenho dificuldade em digerir a lactose, de modo que tenho sentimentos mistos em relação a ela, mas, em geral, para uma célula usufruir deste açúcar, ela deve ser capaz de absorvê-lo e, para isso, dividi-lo em açúcares mais simples, os quais possam ser realmente utilizados como combustível. É isso que os genes da "operon lac" codificam. Portanto, apenas como exemplo, o gene "lac Z" codifica uma enzima que ajuda a decompor a lactose em açúcar simples. Já o gene "lac Y" codifica uma enzima que permite a absorção da lactose através das membranas celulares. O "lac A", por sua vez, é um pouco mais interessante, mas também menos compreendido. A ideia geral é que os três estão envolvidos no metabolismo e na absorção da lactose. E o que temos aqui é um "operon", de modo que temos, então, um promotor, onde a RNA polimerase se liga e inicia a transcrição. Temos também o operador, onde o repressor "lac" pode se ligar, impedindo a ação da RNA polimerase, e, concluindo o "operon", temos os genes associados a essas sequências regulatórias. Temos aqui também outras regiões desenhadas, como o "sítio CAP", de "catabolite activator protein", que em português significa "proteína ativadora catabólica". Este sítio é o local onde pode-se ligar uma proteína ativadora catabólica, que irá atuar, como o próprio nome diz, como ativador. Vamos, então, pensar em diferentes cenários: um deles se caracteriza por um ambiente no qual a bactéria "Escherichia coli" não encontra nenhuma lactose, ou seja, a lactose está ausente. O que você acha que vai acontecer aqui? Muitas dessas coisas são bastante lógicas se você assumir que vários organismos são relativamente parcimoniosos: eles não querem desperdiçar recursos. Se não há lactose no ambiente, por que transcrever genes que são traduzidos em enzimas que, por sua vez, estarão envolvidas no metabolismo da lactose? Nesse caso, observa-se que o estado padrão no qual a proteína "repressor lac" permanece ligada ao operador, impedindo a transcrição dos genes seguintes. Portanto, sem lactose no ambiente, sem transcrição no "operon lac". Agora, se houver lactose no ambiente? Nesse caso, não é interessante que haja o "repressor lac" ligado ao operador, e isso de fato não ocorre, uma vez que quando a lactose está presente, ela é acompanhada do seu isômero, a alolactose. A alolactose se liga com o "repressor lac", impedindo sua interação com o operador. Assim, na presença de lactose e, consequentemente, da alolactose, o "repressor lac" abandona a sua ligação ao operador e possibilita a transcrição. Essa é uma visão simplificada de alto nível acerca do "operon lac", uma vez que há mais coisas envolvidas. A glicose, por exemplo, é um glicídio preferido pela célula. Então, vamos pensar o que vai acontecer em condições nas quais a lactose está presente e a glicose varia, isto é: a glicose pode estar ausente ou presente. Vamos abordar, primeiramente, a ausência da glicose. Uma vez que a lactose está presente, a alolactose já induziu o desprendimento do "repressor lac" do operador e o "operon" está livre para ser transcrito, a partir da RNA polimerase. Sem outro açúcar preferido para ser metabolizado, como a glicose, a célula obrigatoriamente tem de metabolizar a lactose. Desta maneira, nota-se a presença no "sítio cap" da proteína ativadora catabólica. Essa proteína é ativada quando há interação com o AMP cíclico, isto é, com a adenosina monofosfato, um sinalizador celular cíclico derivado do ATP. Quando a proteína ativadora catabólica está ligada ao AMP cíclico, ambos se ligam ao "sítio cap" e promovem várias transcrições do "operon lac", ou seja, a "cap" em associação com o AMP cíclico atuam como ativador da RNA polimerase, promovendo muitas transcrições do "operon lac". Você provavelmente está se perguntando: "Por que o AMP cíclico é importante no processo?" Bem, não vou entrar em muitos detalhes aqui, mas o que você precisa saber é que em ambientes com alta concentração de glicose, a produção de AMP cíclico é inibida. Assim, em contextos nos quais há muita glicose, então há pouco AMP cíclico e vice-versa: situações nas quais há pouca glicose, há muito AMP cíclico. Logo, quando há pouca glicose, então muito AMP cíclico, a proteína ativadora catabólica se encontra ativada, potencializando o processo de transcrição do "operon lac". Isso é muito bom, uma vez que na ausência da glicose, como representado aqui, a lactose é alternativa de obtenção energética da célula, e a potencialização de seu catabolismo confere energia ao organismo. Agora, se a glicose está presente, como a glicose é preferida à lactose, por que então se preocupar com a lactose? Por que se preocupar em digeri-la, uma vez que a glicose está presente? Quando a glicose está presente, conforme já dissemos, a concentração no ambiente do AMP cíclico está muito baixa e, portanto, não haverá AMP cíclico para se ligar à proteína ativadora catabólica, de modo que ela, por sua vez, também não se ligará ao "sítio cap". Logo, a transcrição do "operon lac" não vai ocorrer na mesma intensidade que ocorreria se o ativador estivesse ligado ao "sítio cap". Isso significa que, caso a glicose e a lactose estejam presentes no ambiente, e lembrando que a glicose é preferida, tem-se a transcrição dos genes envolvidos no catabolismo da lactose, mas esta é reduzida. Mas, se não houver glicose, então a digestão da lactose é potencializada.