CONTROL DE LA EXPRESION DE GENES

CONTROL DE LA EXPRESION DE GENES

La cantidad de proteínas que produce un gen activo por unidad de tiempo varía para poder satisfacer las necesidades de la célula. De hecho de todos los genes que posee un organismos solo unos pocos se expresan en un momento dado. El nivel de expresión de los genes variará según las condiciones ambientales, el nivel de diferenciación de la célula etc. Dado el alto coste energético que conlleva la síntesis de proteínas parece lógico que este proceso esté finamente regulado. Esta regulación se puede dar a nivel de transcripción o de traducción

Los sistemas de regulación difieren entre procariotas y eucariotas, especialmente si las células eucariotas pertenecen a organismos pluricelulares que están organizados en tejidos. En procariotas es usual que varios enzimas de una ruta metabólica sencilla sean codificadas por un único RNAm policistrónico y que por tanto su expresión sea regulada conjuntamente (regulación coordinada), esto no ocurre en eucariotas donde los RNAm son generalmente monocistrónicos.

Existen dos categorías mayoritarias de regulación, negativa y positiva. En un sistema de regulación negativa existe un inhibidor o represor celular que evita la transcripción y para iniciar la transcripción se necesita un antagonista del inhibidor que generalmente se llama inductor. En un sistema de regulación positiva una molécula efectora activa un promotor (no se tiene que anular ningún inhibidor). La regulación positiva y negativa no son excluyentes, muchos sistemas están regulados tanto positiva como negativamente. Un sistema degradativo puede estar regulado tanto positiva como negativamente. En una ruta biocinética el producto final normalmente regula negativamente su propia síntesis.

El sistema de regulación génica q ha sido estudiado mas a fondo es el del metabolismo de la lactosa en Escherichia coli. Originalmente descrita por Theodore Escherich en 1885 y llamada Bacterium coli commune. Con el fin de digerir la lactosa, la E coli debe producir dos proteínas. Una de estas transporta la lactosa hacia el interior de la celula, y la otra es una enzima q la digiere. Los genes q codifican estas proteínas siempre están presentes en E coli, pero las proteínas se fabrican únicamente cuando hay lactosa dentro de la bacteria. La exprecion de estos genes esta controlada por un mecanismo llamado operón.

Un operón es un grupo de genes estructurales cuya expresión esta regulada por elementos de control o genes y genes reguladores.

ELEMENTOS DEL OPERÓN

Jacob, Monod y colaboradores analizaron el sistema de la lactosa en E. coli, de manera que los resultados de sus estudios permitieron establecer el modelo genético del Operón que permite comprender como tiene lugar la regulación de la expresión génica en bacterias. Jacob y Monod recibieron en 1965 el Premio Nobel pos estas investigaciones.

Un Operón es grupo de genes estructurales cuya expresión está regulada por los mismos elementos de control (promotor y operador) y genes reguladores.

Los principales elementos que constituyen un operón son los siguientes:

• Los genes estructurales: llevan información para polipéptidos. Se trata de los genes cuya expresión está regulada. Los operones bacterianos suelen contener varios genes estructurales, son poligénicos o policistrónicos. Hay algunos operones bacterianos que tienen un solo gene estructural. Los operones eucarióticos suelen contener un sólo gen estructural siendo monocistrónicos.

• El promotor (P): se trata de un elemento de control que es una región del ADN con una secuencia que es reconocida por la ARN polimerasa para comenzar la transcripción. Se encuentra inmediatamente antes de los genes estructurales. Abreviadamente se le designa por la letra P.

• El operador (O): se trata de otro elemento de control que es una región del ADN con una secuencia que es reconocida por la proteína reguladora. El operador se sitúa entre la región promotora y los genes estructurales. Abreviadamente se le designa por la letra O.

• El gen regulador (i): secuencia de ADN que codifica para la proteína reguladora que reconoce la secuencia de la región del operador. El gen regulador está cerca de los genes estructurales del operón pero no está inmediatamente al lado. Abreviadamente se le denomina gen i.

• Proteína reguladora: proteína codificada por el gen regulador. Está proteína se une a la región del operador.

• Inductor: sustrato o compuesto cuya presencia induce la expresión de los genes.

• Los operones inducibles como los reprimibles pueden estar bajo control positivo ó negativo.

• Se han investigado tanto los operones inducibles como los reprimibles, representados por los complejos génicos lac y trp respectivamente

• Control positivo: La transcripción no se produce hasta que la molécula reguladora estimule la producción de RNA.

• Control Negativo: La expresión genética se produce hasta que es desconectada por algún tipo de regulador.

Como ya hemos mencionado anteriormente un ejemplo claro de regulación de la expresión genética en procariotas, es el que ocurre en el operón lac. En E. Coli se requieren dos enzimas para la metabolización de la lactosa, la lactosa permeasa, una enzima de membrana que permite el transporte de la lactosa al interior celular y la -Galactosidasa, que cataliza la ruptura del enlace -1,4 entre la galactosa y la glucosa. La lactosa se degrada mediante rutas catabólicas para la obtención de energía, pero si en el medio no hay lactosa estas dos enzimas no son necesarias.

La expresión de estas dos enzimas es inducible por lactosa. ¿Cuál es el mecanismo de esta regulación?

El sistema de utilización de lactosa por E. coli consta de dos clases de componentes. Genes estructurales que codifican las enzimas -galactosidadas (gen LacZ), permeasa (gen Lac Y) y transacetilasa que solo se utiliza en el metabolismo de ciertos galactosidos diferetes de la lactosa (gen Lac A), necesarias para el transporte

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