Regulación génica en bacterias: el modelo del operón de Jacob y Monod

Regulación de la expresión génica

Las células no están continuamente sintetizando todos los tipos de proteínas sobre las cuales tienen información. Si así fuera, se produciría un caos metabólico. Es evidente que debe existir un sistema de regulación. Como la cantidad de proteínas depende directamente de la cantidad de ARN presente en el citoplasma, y como la vida media de este es muy corta (minutos), la cantidad de ARNm regula los niveles enzimáticos del medio. Así pues, es suficiente con regular la síntesis de ARNm. En procariotas, como las bacterias, la síntesis de ARN depende de la cantidad de sustrato disponible, mientras que en eucariotas depende fundamentalmente de hormonas.

Modelo del operón

A principios de los años sesenta, Jacob y Monod, del Instituto Pasteur de París, propusieron un modelo denominado operón para la regulación de la expresión génica en las bacterias. En cada operón se diferencian dos clases de genes:

• Genes estructurales (E1, E2, E3...): codifican proteínas participantes en un determinado proceso bioquímico (por ejemplo, la hidrólisis de la lactosa previa a la fermentación láctica).
• Gen regulador (R): codifica a una proteína represora (PR) que puede encontrarse en forma activa o inactiva y es el agente que controla materialmente la expresión.

Regiones de control en los genes estructurales

Existen además, en los genes estructurales, dos regiones que intervienen en la regulación:

• El promotor (P): una zona donde se une la ARN-polimerasa y decide el inicio de la transcripción.
• El operador (O): posee una secuencia reconocida por la proteína represora activa. Cuando se bloquea el operador con la proteína represora, se impide el avance de la ARN-polimerasa y la transcripción se interrumpe, originando el proceso conocido como represión génica.

Inducción enzimática y el operón lactosa

Cuando la bacteria necesita sintetizar proteínas necesarias para un proceso metabólico, debe separar el operador del represor y utiliza para ello un mecanismo conocido como inducción enzimática. Es el caso del operón lactosa, que regula la síntesis de las enzimas encargadas de metabolizar la lactosa. Como puede verse en el esquema, cuando aparece la lactosa (molécula inductora), se une a la proteína represora inactivándola; entonces, el complejo inductor-represor se separa del operador, permitiendo el funcionamiento del operón.