Operon TRP

RKA2MB - Dois dos operons mais estudados são o operon trp e o operon lac. O que eu quero fazer neste vídeo é focar no operon trp, que é essencial para a produção do triptofano, um aminoácido encontrado em bananas, no leite, em peixes, no peru de Natal. Mas o triptofano, como a maioria dos aminoácidos, são essenciais à produção dos polipeptídeos, isto é, as proteínas do nosso corpo. E nós vamos falar sobre o operon trp, não em nosso corpo, mas sim na bactéria Escherichia coli. O operon trp é parte integrante do genoma da Escherichia coli; e, neste diagrama aqui representado, ele está localizado nesta região aqui. E apenas lembrando: o operon é uma combinação de uma sequência reguladora de DNA contendo o promotor, o operador e os genes a eles associados. Na sequência que chamamos de "promotor" se liga à RNA polimerase, a partir de onde se inicia a transcrição. Na sequência que chamamos de "operador", por sua vez, se liga à proteína repressor, essencial para barrar a atividade da RNA polimerase quando esta não for necessária. Entender isto é fundamental para compreender como funciona o operon trp. Então, o que esses genes de fato codificam? Esses genes codificam enzimas que serão usadas na construção do triptofano. Eu sempre me espanto que as enzimas possam ser usadas para construir moléculas que são essencialmente muito menores que as próprias enzimas. Na verdade, as enzimas envolvidas são compostas de aminoácidos que, em seguida, serão usados para fabricar outros aminoácidos específicos, como trp E, trp D, C, B, A. Esses são todos transcritos em RNA mensageiro, que, por sua vez, são traduzidos nos ribossomos e, finalmente, atuam na biossíntese do triptofano. Vamos pensar sobre como isso funciona. Se a bactéria está em um ambiente no qual há pouco triptofano, e ela necessita desse aminoácido, faz sentido que sua RNA polimerase se ligue ao promotor e comece a transcrição desses cinco genes seguidos, enviando aos seus respectivos RNA mensageiros a tradução dos ribossomos, e, finalmente, obtenha mais triptofano. Mas e se a bactéria estiver num ambiente cuja quantidade de triptofano é alta? Nesse contexto, é esperado que ela não desperdice energia produzindo mais triptofano, que já é abundante no ambiente. Lembre-se de que os organismos vivos hoje são produtos de bilhões de anos de evolução, de consecutivas seleções, que permitiram a vida apenas àqueles que não desperdiçaram recursos. Assim, em um ambiente em que há excesso de triptofano, a transcrição do mesmo provavelmente não irá ocorrer. Desta maneira, faz sentido que o triptofano atue como correpressor à enzima que barra a atividade da RNA polimerase, isto é, ao repressor, chamado aqui de repressor trp. E é exatamente isso o que acontece. Então, em ambientes com alta concentração de triptofano, aqui representado por esses pequenos quadrados amarelos, para fins didáticos, o triptofano atua como um correpressor, ligando-se ao repressor do operon trp e impedindo a transcrição dos genes trp. Como você pode perceber, esse é um mecanismo de retroalimentação negativo muito valioso. Ou então, não precisa configurar uma retroalimentação se considerarmos que a fonte de triptofano é o ambiente. O importante é que temos um mecanismo pelo qual altas concentrações de triptofano inibem a produção de mais triptofano, poupando energia ao organismo. Por outro lado, se a concentração de triptofano é baixa, seja porque há pouco desse aminoácido no ambiente ou porque a produção dele está baixa, então o repressor não está ativado, uma vez que há pouco ou nenhum correpressor no ambiente. Logo, sem repressor nesse operon, a RNA polimerase vai iniciar sua atividade conduzindo à produção de mais triptofano. Agora, o caso do triptofano é interessante porque o controle da transcrição não é o único lugar no qual se tem algum tipo de retroalimentação ou situação condicional. Consideremos essa parte do processo, que não está relacionada à transcrição em si. Pode haver, realmente, uma inibição da resposta direta entre proteínas caso esse seja um precursor do triptofano, por exemplo. Isto é, digamos que a enzima 1 catalise a transformação do precursor 1 no precursor 2. Do mesmo modo, a enzima 2 catalisa a transformação do precursor 2 no precursor 3; e, finalmente, a enzima 3 catalisa a conversão do precursor no produto final, que é o triptofano. Você pode ter a inibição direta, por exemplo, se algo interagir na enzima número 1, impedindo-a de exercer corretamente suas funções e, portanto, diminuindo a eficiência do processo como um todo, prejudicando a síntese do triptofano. Este é um exemplo clássico de retroalimentação negativa. O foco deste vídeo é sobre operons e a regulação do DNA; porém é importante perceber que a regulação da síntese do triptofano não ocorre apenas a nível de transcrição. Um outro tipo de regulação, que não vou abordar neste vídeo por ser um tema um pouco mais avançado, diz respeito aos vieses da regulação do triptofano por meio de um processo chamado atenuação. A atenuação não afeta o início da transcrição, mas sim o processo que se conclui, isto é, afeta a finalização da biossíntese do triptofano. Mas os processos que são mais tipicamente comentados são os que acabamos de falar aqui: um no qual o triptofano atua como correpressor do repressor trp; e outro no qual há retroalimentação negativa na conversão enzimática de precursores até o triptofano, que não diz respeito à regulação gênica, mas interfere nessa por afetar a concentração de triptofano no ambiente.