Biologia de los microorganismos (301)

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R E G U L A C I Ó N M E T A B Ó L I C A 233
U
N
ID
A
D
 2
reguladores son el monofosfato cíclico de guanosina (GMP 
cíclico; importante sobre todo en eucariotas), el di-GMP 
cíclico (importante en la formación de biofilm; Sección 7.9) 
y el tetrafosfato de guanosina (ppGpp; importante en la res-
puesta estricta). El AMP cíclico se sintetiza a partir del ATP 
mediante una enzima llamada adenilato-ciclasa. No obstante, 
la glucosa inhibe la síntesis del AMP cíclico y también estimula 
su transporte al exterior de la célula. Cuando la glucosa entra 
en la célula, el nivel de AMP cíclico disminuye, la proteína CRP 
no puede unirse al DNA y la RNA-polimerasa es incapaz de 
unirse a los promotores de los operones sujetos a la represión 
por catabolito. Así, la represión por catabolito es, en realidad, 
un resultado indirecto de la presencia de una fuente de energía 
mejor (la glucosa). La causa directa de la represión por catabo-
lito es un nivel bajo de AMP cíclico.
Volvamos ahora al operón lac y consideremos la represión 
por catabolito. En la Figura 7.15 se ha esquematizado la región 
reguladora completa del operón lac. Para que se transcriban los 
genes lac se deben cumplir dos requisitos: 1) el nivel de AMP 
cíclico debe ser lo bastante alto para que la proteína CRP se una 
al centro de unión de CRP (control positivo), y 2) la lactosa u 
otro inductor apropiado debe estar presente de manera que el 
represor de lactosa (proteína LacI) no bloquee la transcripción 
uniéndose al operador (control negativo). Si se cumplen estas 
dos condiciones, la célula recibe la señal de que no hay glucosa 
y sí que hay lactosa; entonces, y solo entonces empieza la trans-
cripción del operón lac.
MINIRREVISIÓN
 Explique por qué la represión por catabolito depende de una 
proteína activadora.
 ¿Qué papel desempeña el AMP cíclico en la regulación de la 
glucosa?
 Explique cómo se controla el operón lac tanto positiva como 
negativamente.
Una consecuencia de la represión por catabolito es que puede 
conducir a dos fases de crecimiento exponencial, una situación 
llamada crecimiento diáuxico. Si hay disponibles dos fuentes de 
energía útiles, las células crecen primero utilizando la mejor. 
El crecimiento se detiene cuando la mejor fuente de carbono 
se agota, pero tras un período de latencia, el crecimiento se 
reanuda con la otra fuente de energía. En la Figura 7.13 se ilustra 
el crecimiento diáuxico de un cultivo de E. coli que crece con 
una mezcla de glucosa y lactosa. Las células crecen más rápida-
mente en glucosa que en lactosa. A pesar que ambos azúcares 
son una fuente excelente de energía para E. coli, la glucosa es 
superior, y el crecimiento es más rápido.
Las proteínas del operón lac, incluida la enzima �-galactosi-
dasa, son necesarias para utilizar la lactosa, y son inducidas en 
su presencia (Figuras 7.6 y 7.8). Pero, además, su síntesis está 
sujeta a la represión por catabolito. Mientras la glucosa está pre-
sente, el operón lac no se expresa y la lactosa no se utiliza. Sin 
embargo, cuando se agota la glucosa, desaparece la represión 
por catabolito, se expresa el operón lac y las células crecen con 
lactosa. 
AMP cíclico y proteína receptora de AMP cíclico
A pesar de su nombre, la represión por catabolito se basa en 
una proteína activadora y es en realidad una forma de control 
positivo (Sección 7.4). La proteína activadora se llama proteína 
receptora del AMP cíclico (CRP). Un gen que codifique una 
enzima reprimible por catabolito se expresa solo si la proteína 
CRP se une al DNA en la región del promotor. Esto permite la 
unión de la RNA-polimerasa al promotor. La CRP es una pro-
teína alostérica que se une al DNA solamente si se ha unido pre-
viamente a una pequeña molécula llamada monofosfato cíclico 
de adenosina (AMP cíclico o cAMP) (Figura 7.14). Al igual que la 
mayor parte de las proteínas de unión al DNA (Sección 7.2), la 
CRP se une al DNA en forma de dímero.
El AMP cíclico es una molécula fundamental en muchos sis-
temas de control metabólico, tanto en los procariotas como 
en los eucariotas. Como deriva de un precursor de un ácido 
nucleico, es un nucleótido regulador. Otros nucleótidos 
Crecimiento 
a partir de 
lactosa
Crecimiento 
a partir de 
glucosa
0 1 2 3 4
Tiempo (h)
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 (
 
 
 )
Agotamiento
de glucosa
Figura 7.13 Crecimiento diáuxico de Escherichia coli en una
mezcla de glucosa y lactosa. La presencia de glucosa reprime la síntesis 
de �-galactosidasa, la enzima que escinde lactosa en glucosa y galactosa. 
Una vez que la glucosa se ha agotado, se produce una demora hasta que se 
sintetiza �-galactosidasa. Después se reanuda el crecimiento con lactosa, 
aunque a velocidad menor, como indica la línea verde.
OH
H
Adenina
H
O
OH
OH
H
AdeninaCH2
HH
O
H
O
P OHO
3′
5′ O
AMP
cíclico
ATP
PPi
Actividad 
adenilato-ciclasa
5′
CH2OP
O
OPOP–O
O–
O
O–
O
O–
Figura 7.14 AMP cíclico. El monofosfato de adenosina cíclico (AMP
cíclico) es sintetizado por la enzima adenilato-ciclasa a partir del ATP.
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