8.2.1 OPERÓN DE LACTOSA (CONTROL POSITIVO).

En 1961 dos microbiólogos franceses, Francois Jacob y Jacques Monod, descubrieron un mecanismo de regulación y control de síntesis de proteínas en bacterias al que dieron el nombre de Operón.  Notaron que la bacteria Escherichia coli sintetizaba ciertas enzimas de manera constante, mientras que otras se sintetizaban en el momento en que eran requeridas. Es decir, si la bacteria era colocada en un medio que contenía lactosa (azúcar de la leche), ésta empezaba a producir las enzimas que la digieren en galactosa y glucosa; por el contrario, si el medio carecía de lactosa, la bacteria no la producía pues era inútil su producción.

Descubrieron que los genes estructurales del Operón de la lactosa z, y y a, estaban alineados en el cromosoma, mientras que un cuarto gene se localizaba a cierta distancia, al que llamaron gene regulador. De estos cuatro genes, los tres estructurales se transcriben al mismo tiempo en ARN, mientras que el cuarto gene, el represor, transcribe un ARN mensajero que codifica para una proteína represora que se une a otra región muy especial de ADN presente en el Operón de la lactosa. Esta región es la del operador. Si la enzima que sintetiza el gene regulador se pega al operador, inhibe su acción y podemos decir que el sistema está apagado. Si, por el contrario, esta enzima represora se pega con el azúcar de la lactosa presente en el medio, se despegará del operador y será entonces cuando empiecen a funcionar los genes estructurales, sintetizando las enzimas que desdoblan eficientemente a la lactosa. Este sistema del Operón de la lactosa que regula la producción de enzimas se autorregula en el momento que las enzimas producidas por los genes estructurales han digerido a la lactosa en galactosa y glucosa, lo que disminuye la concentración de lactosa; y por lo tanto, la molécula represora, al no encontrar lactosas libres para pegarse, se vuelve a unir al operador, apagándolo. Este sistema, como vemos, es negativo y el inductor, el elemento que provoca la reacción en cadena es, en este caso, la lactosa.

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

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.

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 gen regulador (i)

Secuencia de ADN que codifica para la proteína reguladora que reconoce la secuencia de la región del operador.

Proteína reguladora

Proteína codificada por el gen regulador.

Inductor

Compuesto cuya presencia induce la expresión de los genes.

Bibliografía:

www.uhu.es/24003/.../apuntes/2004/tema_8_regulacion_genica.doc

8.4.2 OPERON DE TRIPTÓFANO (CONTROL NEGATIVO)

El operón triptófano es un sistema de tipo represible, ya que el aminoácido triptófano correpresor impide la expresión de los genes necesarios para su propia síntesis cuando hay niveles elevados de triptófano. Sin embargo, en ausencia de triptófano o a niveles muy bajos se transcriben los genes del operón trp.

    · Genes estructurales: existen cinco genes estructurales en el siguiente orden trpE-trpD-trpC-trpB-trpA.

Elementos de control: promotor (P) y operador (O). El promotor y el operador están al lado de los genes estructurales y en el siguiente orden: P O trpE-trpD-trpC-trpB-trpA. Curiosamente, las enzimas codificadas por estos cinco genes estructurales actúan en la ruta metabólica de síntesis del triptófano en el mismo orden en el que se encuentran los genes en el cromosoma.

Gen regulador (trpR): codifica para la proteína reguladora. Este gen se encuentra en otra región del cromosoma bacteriano aunque no muy lejos del operón.

 · Correpresor: triptófano.

El operón triptófano (operón trp) es un sistema de tipo represible, ya que el aminoácido triptófano (Correpresor) impide la expresión de los genes necesarios para su propia síntesis cuando hay niveles elevados de triptófano. Sin embargo, en ausencia de triptófano o a niveles muy bajos se transcriben los genes del operón trp. Los elementos del operón trp son en esencia semejantes a los del operón lactosa:

• Genes estructurales: existen cinco genes estructurales en el siguiente orden trpE-trpD-trpC-trpB-trpA.
• Elementos de control: promotor (P) y operador (O). El promotor y el operador están al lado de los genes estructurales y en el siguiente orden: P O trpE-trpD-trpC-trpB-trpA. Curiosamente, las enzimas codificadas por estos cinco genes estructurales actúan en la ruta metabólica de síntesis del triptófano en el mismo orden en el que se encuentran los genes en el cromosoma.
• Gen regulador (trpR): codifica para la proteína reguladora. Este gen se encuentra en otra región del cromosoma bacteriano aunque no muy lejos del operón.
• Correpresor: triptófano.

8.3 Regulación de la transcripción en organismos eucarióticos.

La expresión génica se concretiza por la transformación de la información genética desde moléculas de ADN a moléculas de ARN y desde estas hasta los polipéptidos correspondientes. Las moléculas de ARN son sintetizadas usando como molde a segmentos específicos de ADN, en la reacción de polimerización que es catalizada por la enzima conocida como ARN polimerasa.

·         REGULACIÓN EN EUCARIOTAS

·         La regulación de la expresión génica es más compleja en eucariotas.

·         El ADN esta empaquetado con proteínas formando la cromatina.

·         La transcripción se produce en el núcleo y la traducción en el Citoplasma.

·         Los transcritos son procesados antes de ser transportados al citoplasma.

·         La mayoría de eucariotas son organismos pluricelulares con expresión génica diferencial en cada tipo celular.

·         El número de genes es mayor.