Regulación Génica y Procesos Esenciales del ADN: Operones, Motivos de Unión y Telómeros

Regulación Génica: Represores, Activadores y Operones

Los represores están generalmente cerca del promotor. La regulación mediante una proteína represora que bloquea la transcripción se denomina regulación negativa. Los activadores son lo contrario de los represores: potencian la actividad de la RNA polimerasa en el promotor. Se trata de la regulación positiva y están adyacentes a promotores.

Definimos OPERÓN como el grupo de genes y el promotor que actúan conjuntamente en la regulación.

Ejemplos de Operones

• Operón Lactosa (Lac): Este operón está sujeto a regulación negativa. En ausencia de lactosa, los genes del operón Lac están inhibidos. Mutaciones en el operador o en otro gen provocan la síntesis de los productos génicos.
• Operón Arabinosa: Es otro ejemplo de operón inducible, como el operón Lac, pero en el operón ara una misma proteína regulatoria ejerce un control positivo y negativo.
• Operón Triptófano: Este operón codifica para 5 enzimas que participan en la síntesis de triptófano. Si este aminoácido (aa) está presente en cantidades suficientes, las enzimas para su síntesis se reprimen y el triptófano actúa como correpresor.

Motivos de Unión al ADN

Las proteínas reguladoras se unen generalmente a secuencias de ADN específicas. La mayoría de ellas tienen dominios independientes de unión al ADN que contienen subestructuras que interaccionan de forma exacta.

Tipos de Motivos de Unión al ADN

1. Hélice-Giro-Hélice: Este motivo de unión al ADN es crucial para la interacción de muchas proteínas reguladoras procariotas con el ADN. Consta de aproximadamente 20 aminoácidos (aa) en dos segmentos de alfa-hélice cortos. Esta estructura no es estable por sí sola.
2. Dedo de Cinc: Son otro tipo de unión al ADN en algunas proteínas que actúan como reguladores del dominio de la transcripción, especialmente durante el desarrollo de los eucariotas. Este dominio presenta alrededor de 60 aminoácidos (aa) y se llama homeodominio.

Atenuación de la Transcripción

El mecanismo de atenuación del operón utiliza señales codificadas en secuencias dentro de una región guía. Se encuentra una región llamada atenuador que forma una estructura de horquilla. Esta secuencia atenuadora actúa como terminador de la transcripción.

Cuando las concentraciones de aminoácidos (aa) son altas, la traducción puede darse de forma rápida, por lo que se forma la estructura atenuadora y la transcripción se interrumpe. Cuando, por el contrario, nos encontramos con concentraciones bajas, se permite la transcripción. De esta manera, la proporción de transcritos que se atenúan desciende a medida que disminuye la concentración de aminoácidos (aa).

Terminación de la Replicación en Eucariotas

La terminación de la replicación de los cromosomas lineales requiere la síntesis de unas estructuras especiales llamadas TELÓMEROS. Generalmente consisten en varias copias de una corta secuencia oligonucleotídica. En ella, una de las dos hebras es más larga que la complementaria, por lo que queda una región de cadena sencilla en el extremo 3'.

Los extremos de un cromosoma lineal no pueden ser replicados por las DNA polimerasas celulares. La replicación requiere de un molde y de un cebador, pero más allá del extremo de una molécula de DNA lineal no hay molde disponible para el apareamiento del cebador. Sin un mecanismo especial, los telómeros irían recortando su longitud.

El problema lo soluciona una enzima llamada telomerasa, la cual incorpora telómeros a los extremos de un cromosoma. La telomerasa contiene tanto RNA como proteínas, y es ese RNA el que actúa como molde para la síntesis de la hebra TxGy del telómero. Tras la síntesis del telómero, este se repliega formando una estructura especializada llamada LAZO T que protege los extremos 3' de los cromosomas, haciéndolos inaccesibles a las nucleasas.