Regulación de la Expresión Génica en Procariotas

Los organismos procariotas deben adaptarse continuamente a los cambios ambientales para sobrevivir, y lo hacen regulando la expresión génica. Un modelo bien conocido es el del operón, específicamente el operón de la lactosa, que explica la regulación de las enzimas implicadas en el metabolismo de la lactosa.

¿Qué es un Operón?

Un operón es un grupo de genes que se regulan y transcriben juntos. Sus componentes son:

  • Gen regulador: Codifica una proteína represora que puede estar activa o inactiva. Activa, se une al operador e impide la transcripción.
  • Promotor: Secuencia de ADN donde se une la ARN polimerasa para iniciar la transcripción.
  • Operador: Secuencia entre el promotor y los genes estructurales.
  • Genes estructurales: Genes que se traducen a proteínas. Se transcriben sin interrupción, generando un ARN mensajero policistrónico.
  • Inductor: Sustrato que induce la expresión de los genes.
  • Proteína reguladora: Proteína codificada por el gen regulador que se une al operador.

Los operones pueden ser represibles o inducibles. El operón del triptófano es represible, con un represor inicialmente inactivo. El operón de la lactosa es inducible, con un represor inicialmente activo.

Operón de la Lactosa: Mecanismo de Acción

En el operón de la lactosa, el represor activo se une al operador, bloqueando la transcripción cuando hay poca lactosa. La célula consume glucosa en su lugar. Si hay lactosa, la alolactosa (un derivado de la lactosa) se une al represor, inactivándolo. La ARN polimerasa puede entonces iniciar la transcripción de los genes para metabolizar la lactosa.

En resumen:

  • Represor activo: No hay transcripción de genes para metabolizar la lactosa.
  • Represor inactivo: Se inicia la transcripción de genes para metabolizar la lactosa.

La bacteria E. coli solo produce las enzimas necesarias para metabolizar la lactosa cuando esta está presente, ahorrando energía.

Regulación de la Expresión Genética en Eucariotas

En organismos pluricelulares, todas las células tienen el mismo genoma, pero difieren en las proteínas que sintetizan. Esto se debe a la expresión génica diferencial, donde se controlan distintos genes en diferentes células. Solo un 10-20% de los genes se transcriben en una célula humana.

La regulación de la transcripción en eucariotas es muy precisa y responde a señales extracelulares e intracelulares, con control a varios niveles:

Niveles de Regulación

1. Regulación Pretranscripcional

Actúa antes del inicio de la transcripción:

  • Modificación de la estructura de la cromatina:
    • Acetilación de histonas: Relaja la cromatina, facilitando la transcripción.
    • Metilación de histonas o ADN: Condensa la cromatina, bloqueando el acceso a genes.
  • Control del inicio de la transcripción: Dificulta el acceso de los factores de transcripción.

2. Regulación Transcripcional

Ocurre durante la transcripción. La unión de la ARN polimerasa al promotor se regula con factores de transcripción específicos.

3. Regulación Postranscripcional

Se produce después de la transcripción:

  • Procesamiento del ARN: Se pueden obtener diferentes ARNm a partir de un transcrito primario.
  • Transporte selectivo al citoplasma: Solo una parte del ARNm se exporta al citoplasma.
  • Degradación del ARNm: El ARNm tiene un periodo de vida limitado y se degrada.
  • Procesamiento y degradación después de la traducción: Se modifica el polipéptido para hacerlo funcional o no.