Regulación génica (Caso Operones)

En la foto: Francois Jacob y Jacques Monod

Normalmente no se pierden cromosomas ni ningun gen en las celulas del cuerpo, sin embargo, claramente las celulas musculares, hepáticas, renales y cerebrales son distintas en su forma y función y fabrican diferentes productos. La razón de ello es que sólo parte de la información en los genes se expresa en una determinada célula. Algunos genes son inactivos, otros tienen gran actividad y otros se expresan en distintas ocaciones a lo largo del desarrollo. Por ejemplo en Echerichia coli existen alrededor de 4000 genes, algunos codifican proteínas necesarias para el ciclo de vida (glicolisis), mientras que otros son necesarios para vivir en condiciones especiales de crecimiento (enzima lactasa que degrada la lactosa de la leche).

Normalmente hay dos mecanismos básicos para controlar la actividad metabólica:

a) puede regular la actividad de algunas enzimas (eficiencia)

b) se puede controlar el número de moleculas enzimaticas (cantidad)


Francois Jacob y Jacques Monod en 1961 demostraron la regulación génica y propusieron la existencia del Operon como unidad de regulación de la transcripción.
Una bacteria sometida a un medio con glucosa, incorpora este nutriente para realizar la respiración celular. En ausencia de glucosa y presencia de lactosa en el medio, se incrementa la sintesis de dos enzimas, la lactasa y la beta-galactosidasa. La lactasa rompe la lactosa en glucosa y galactosa, mientras que la beta-galactosidasa transforma la galactosa en glucosa. De esta manera en presencia unicamente de lactosa, la celula se las arregla para producir glucosa para su respiración celular.

Muchos genes se caracterizan por tener una secuencia Operador (O), una secuencia promotora (P) y luego el gen. El operador puede unir una proteína represora que bloquea al promotor. El promotor permite la unión de la enzima RNA polimerasa para permitir la transcripción en el sitio de inicio.

Operon Lactosa (E. coli): La lactosa actúa como molécula inductora, es decir, un sistema apagado se enciende.

a) Ausencia de lactosa y presencia de glucosa en el medio

Sin Lactosa, una proteína Represora se une al operador libremente bloqueando al promotor e impide la unión de la RNA-polimerasa a este sitio, y por lo tanto no se transcriben los genes beta-galactosidasa, permeasa y trasacetilasa, necesarios para tratar a la lactosa.

b) Presencia de Lactosa y ausencia de glucosa en el medio

La permeasa permite el transporte de la lactosa a través de la membrana hacia el citoplasma. Una vez adentro la lactosa se une al represor para cambiar su conformación y lo suelta del sitio operador, desbloqueando así el promotor y permitiendo que la RNA polimerasa se una a este y transcriba los genes beta-galactosidasa, permeasa y transacetilasa. La beta-galactosidasa cumple la función para la cual fue sintetizada, transformar la galactosa en glucosa.

Operon Triptofano (Salmonella tiphi). El triptofano es una molecula represible, es decir, un sistea encendido lo apaga.

a) En presencia de Triptofano (co-represor), este aminoácido se une a una proteína represora inactiva y la convierte en activa. El represor y el co-represor se unen a su sitio operador y bloquean el promotor, impidiendo la unión de la RNA polimerasa e impidiendo además la transcripción de 5 genes de este Operón.

b) En ausencia de Triptofano, el represor queda inactivo y los 5 genes se transcriben normalmente por la RNA polimerasa.