Mecanismos de control
en genética
El cromosoma de una bacteria como Escherichia coli mide en total casi 1 mm de largo y está formado casi por
completo por DNA. Prácticamente, todo ese DNA es material génico activo o potencial que tiene la capacidad de
codificar hasta 4000 cadenas polipeptídicas diferentes.
En un momento cualquiera, en la célula bacteriana pueden estar presentes hasta 700 enzimas funcionales y se
observan considerables variaciones en cuanto al número
de moléculas de cada proteína en un momento dado.
Ciertas proteínas pueden estar ausentes o, si están presentes, lo están en muy escaso número.
Esto sugiere la existencia de complejos mecanismos de regulación de la expresión génica en las bacterias. La presencia de un gen determinado en el
cromosoma bacteriano no es garantía de que éste se expresará. Además, el aspecto cuantitativo de la expresión
está sujeta a considerables variaciones. Estas fluctuaciones de la expresión génica pueden ser explicadas al nivel
de la transcripción o de la traducción. Quizá intervenga la
estabilidad de los componentes del aparato de síntesis
de proteínas, así como la velocidad con la que se
sintetizan y organizan. También deben tomarse en consideración los mecanismos enzimáticos de degradación de
las proteínas, pues la síntesis sólo es significativa cuando
está balanceada contra la tendencia opuesta, hacia la
destrucción.
Aunque nuestro conocimiento del control génico en
los procariotes dista de ser completo, sus detalles se
prestan más al sondeo experimental que los mecanismos
genéticos de control de las complejas células eucarióticas. En estas últimas, una membrana separa el material
genético del compartimiento citoplásmico y, por ello, segrega efectivamente los procesos de transcripción y de
traducción del código. La enorme reserva de DNA de la
célula eucariótica se relaciona íntimamente con los núcleos de proteínas histónicas de los nucleosomas y, de
hecho, los envuelve. Puesto que sólo las regiones exónicas del DNA eucariótico serán traducidas en proteínas, la
mayor parte del DNA tiene funciones que no son precisamente genéticas; lo anterior complica aún más la presentación de un solo mecanismo para el control de la
expresión génica.
Mediante el estudio de las levaduras, que son eucariotes relativamente sencillos, pudo avanzarse un poco
en lo referente al conocimiento del control génico en las
células eucarióticas. Sin embargo, una célula ordinaria de
los vertebrados puede ser hasta 40 veces más grande
que una célula de levadura, lo cual nos lleva a preguntarnos si los mecanismos de control de la levadura unicelular son iguales a los de las células, tan diferentes y
complejas, de los organismos pluricelulares.
10.1
LA HIPÓTESIS DEL OPERON
En 1961, Francois Jacob y Jacques Monod, ambos del
Instituto Pasteurde París, propusieron una novedosa teoría sobre la regulación génica en los procariotes. Según
su planteamiento teórico, los genes codificadores de enzimas funcionalmente relacionadas están muy próximos
entre sí en el cromosoma bacteriano y se encienden y
apagan al unísono. Este conjunto génico unitario está bajo
el control de un gen llamado operador (Fig. 10.1), el
cual funciona como si fuera un interruptor. El operador y
sus genes estructurales adyacentes integran un operón.
Por lo regular, el operón se apaga cuando un segundo tipo de gen de control, denominado gen regulador, produce una pequeña proteína llamada represor. Este
represor se adhiere al operador y de ese modo lo mantiene en la posición de apagado. Cuando en el medio están
presentes ciertas sustancias, éstas reaccionan con el represor e impiden que se adhiera al operador. El resultado
es que el operón deja de estar reprimido y se enciende;
en tales circunstancias, la polimerasa del RNA, que se fija a un sitio promotor, queda en libertad para iniciar la
transcripción. La sustancia que nulifica al represor se denomina Inductor, pues influye sobre el operón para que
se encienda y comience a sintetizar enzimas.
EJEMPLO 1 El primer operón descubierto por Jacob y
Monod fue el operón lac, el cual produce las enzimas necesarias para la degradación de la lactosa (azúcar de la leche).
El operón lac consta de tres genes estructurales que