La regulación de la expresión génica. El operón lac

22 01 2016

 Las células no sintetizan de forma continua todos los tipos de proteínas sobra las que tienen información, sino que existe un sistema de regulación.

Como la cantidad de proteínas que se sintetiza depende de la cantidad de ARNm presente en el citoplasma, y su estabilidad es muy corta (minutos), la cantidad de ARNm sintetizado regula los niveles enzimáticos del medio. Por tanto, la regulación de la síntesis de ARNm regula el metabolismo celular.

La síntesis de ARNm depende, en procariotas, del sustrato disponible, y en eucariotas, de las concentraciones hormonales del medio interno

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El operón

El descubrimiento de cómo se controla la síntesis de ARNm se inició a partir del denominado  efecto glucosa que observó Jacques Monod.

Si se cultiva Escherichia coli en un medio con lactosa y se añade glucosa, el nivel de la enzima β-galactosidasa disminuye sensiblemente.

Esta enzima, que cataliza la reacción de disociación de la lactosa en glucosa y galactosa, no resulta necesaria cuando existe glucosa en el medio. Las enzimas tan solo aparecen cuando son necesarias y después son degradadas.

Posteriormente, François Jacob y Monod descubrieron que eran tres las enzimas reprimidas en el experimento anterior la β-galactosidasa, la β-galactósidopermeasa y la β-galactósido-transacetilasa, y concluyeron que el sustrato (glucosa) reprime todo el conjunto de enzimas que intervienen en la vía metabólica.

En 1961, Jacob y Monod propusieron un modelo, denominado operón, para explicar el control de la biosíntesis proteica. En él se diferencian dos tipos de genes: los estructurales y los reguladores. Los estructurales son los que codifican para proteínas estructurales y enzimáticas. Los reguladores son los que codifican para proteínas denominadas represores, que controlan los genes estructurales.

Por ejemplo, en el operón lac de Escherichia coli hay un solo gen regulador (y) y tres genes estructurales, que se trascriben a la vez. Junto al primer gen estructural hay dos zonas específicas: la zona promotora, donde se fija la ARN-polimerasa, y la zona operadora, donde se fija el represor.

El represor producido por el gen regulador y se asocia a la zona operadora e impide que la ARN-polimerasa transcriba los genes estructurales. Este operón funciona según un sistema de inducción enzimática, en el que unas moléculas denominadas inductores (en este caso, la lactosa) se asocian a los represores y les provoca alteraciones en su estructura, por lo que los represores pierden afinidad por la zona operadora, y la ARN-polimerasa transcribe los genes estructurales.

Hay otros operones que funcionan según este sistema de represión por producto final, como el operón his que regula la síntesis de la histidina. En él, el represor solo se puede situar en el operador si se asocia a la histidina.

 

 


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