Modelo del Operón: Regulación de la Expresión Génica en E. coli y Células Eucariotas

Modelo del Operón: Control de la Síntesis de ARNm

Los estudios sobre el control de la síntesis de ARNm se iniciaron a partir del llamado "efecto glucosa", observado por Monod en 1947. Descubrió que si a un cultivo bacteriano de E. coli con lactosa se le añade glucosa, el nivel de la β-galactosidasa disminuye considerablemente. Esta enzima separa la lactosa en sus componentes: galactosa y glucosa. Si a la bacteria se le añade glucosa al medio, ya no se necesita separar la lactosa, por lo que el nivel de la enzima disminuye.

Más tarde, en los años 50, Jacob y Monod, trabajando con E. coli, descubrieron que, en realidad, las enzimas reprimidas en el experimento eran la β-galactosidasa, la β-galactosidasa permeasa y la β-galactosidasa transacetilasa. Estas tres enzimas intervienen en el metabolismo de la lactosa. Entonces, el sustrato reprime todas las enzimas de una vía metabólica.

En 1961, Jacob y Monod propusieron el Modelo del Operón para explicar el control de la síntesis de proteínas. Según este modelo, existen dos tipos de genes:

• Genes estructurales: Codifican las proteínas estructurales y enzimáticas.
• Genes reguladores: Codifican las proteínas cuya función es controlar la actividad de los genes estructurales. Estas proteínas se llaman represores.

Ejemplo: El Operón Lactosa de E. coli

Un ejemplo de operón es el operón lactosa de E. coli. Está formado por un gen regulador y tres genes estructurales. Antes de estos genes se encuentra la zona que llamamos promotor, que es donde se une la ARN polimerasa. Contiguo a los genes estructurales está la zona operador, que es donde se une el represor.

En este caso, el represor, formado por el gen regulador, se une al operador e impide el paso de la ARN polimerasa. Se impide la transcripción, por lo que no hay síntesis de proteínas.

Si se da el caso de que se añade lactosa, que funciona como proteína inductora, esta se une al represor. Por tanto, la ARN polimerasa tendrá el camino libre para transcribir y, en consecuencia, habrá síntesis de proteínas.

Control de AMPc

El AMPc se forma a partir del ATP mediante la enzima adenilato ciclasa, que está situada en la cara interna de la membrana celular. Para actuar, el AMPc necesita la proteína CAP (proteína activadora del catabolito). El complejo CAP-AMPc tiene afinidad por una zona del promotor anterior al lugar donde se une la ARN polimerasa. Si no está este complejo, la ARN polimerasa tiene dificultades para unirse al promotor.

Se ha observado que en la célula, cuando aumenta el nivel de glucosa, disminuye el nivel de AMPc. Por tanto, no hay CAP-AMPc, no hay transcripción y no se sintetizan las enzimas del metabolismo de la lactosa. En resumen, si no hay glucosa y hay presencia de lactosa, se podrán sintetizar las enzimas del metabolismo de la lactosa.

Control de la Expresión Génica en Eucariotas

En eucariotas, las células responden a variaciones hormonales en el medio interno. Dependiendo del tipo de célula, habrá diferentes receptores de membrana. Por lo tanto, serán células diana para determinadas hormonas. El control de la expresión génica es diferente cuando actúan hormonas lipídicas u hormonas proteicas.

• Hormonas lipídicas (como las hormonas esteroideas): Al ser lipídicas, atraviesan fácilmente la membrana celular y en el citoplasma se unen a proteínas receptoras. Forman el complejo hormona-receptor, que se dirige al núcleo y se sitúa sobre una secuencia determinada del ADN, promoviendo la transcripción en esa parte del ADN.
• Hormonas proteicas: Estas, al ser más grandes, no pueden atravesar la membrana. Se unen a proteínas receptoras de la membrana, formando el complejo hormona-receptor. Esto provoca que se active la adenilato ciclasa, que está en la cara interna de la membrana y convierte el ATP en AMPc. El AMPc se dirige al núcleo y regula la transcripción.