Operones

Estructura general del operón

La organización del genoma en operones es típica de los procariotas, aunque también se encuentra en otros organismos. Un operón clásico consta de partes estructurales y reguladoras que funcionan como un único mecanismo.

Elementos principales del operón:

• Genes estructurales. Son secuencias de ADN que codifican información para proteínas, ARNt y ARNr. La transcripción de estos genes se realiza de forma conjunta, por lo que el resultado es una molécula única: un ARN policistrónico.
• Promotor. El sitio de inicio para la enzima ARN polimerasa. Puede estar contiguo al siguiente elemento o incluso solaparse con él.
• Operador. Un «interruptor» característico que controla la actividad de los genes estructurales. Proteínas reguladoras específicas se unen a esta región. Si el operador está libre, la transcripción ocurre sin obstáculos; si está bloqueado por una proteína represora, se detiene.
• Terminador. La región final en la que se completa la síntesis de ARN.

Tenga en cuenta que el gen regulador no forma parte del operón en sí. Se encuentra a distancia, cuenta con su propio promotor y es responsable de la síntesis de la proteína reguladora. Esta proteína tiene una gran afinidad por el operador e interactúa físicamente con él.

Tipos de control de la expresión

Dependiendo de cómo la proteína reguladora afecte a la ARN polimerasa, se distinguen dos tipos principales de control del operón.

En los organismos procariotas, los mecanismos de control génico se implementan con mayor frecuencia mediante regulación negativa.

Operón lactosa (Operón Lac)

El funcionamiento del operón lactosa (operón Lac) es un ejemplo clásico de inducción negativa. El gen regulador lacI codifica la proteína represora, mientras que los genes estructurales codifican las enzimas para la degradación y el transporte de la lactosa: la $\beta$-galactosidasa (lacZ), la $\beta$-galactósido permeasa (lacY) y la $\beta$-galactósido transacetilasa (lacA). El producto del gen lacA es extremadamente importante: convierte la lactosa en alolactosa, la cual actúa como inductor.

1. Fase de inducción (activación) Ocurre cuando aparece lactosa en el medio:

1. La proteína represora sintetizada está presente en la célula.
2. La alolactosa formada se une al sitio activo del represor.
3. La estructura terciaria de la proteína represora cambia, lo que hace que pierda su capacidad de mantenerse unida al operador.
4. El operador queda libre, la ARN polimerasa se une al promotor y comienza la síntesis de enzimas para la asimilación del azúcar.

2. Fase de inactivación (desactivación) Se activa cuando las reservas de lactosa se agotan:

1. El inductor (alolactosa) está ausente.
2. La proteína represora regresa a su forma original y se une firmemente al operador.
3. Se crea un obstáculo físico en la zona del operador-promotor.
4. La ARN polimerasa no puede unirse al ADN, la transcripción se detiene y no se producen enzimas.

Operón triptófano

El operón triptófano contiene los genes responsables de la biosíntesis del aminoácido triptófano. Su funcionamiento se basa en el principio de represión negativa. A diferencia del sistema de la lactosa, aquí la represión de la función génica es provocada por el propio producto final, el triptófano, que actúa como correpresor.

Inicialmente, la proteína represora sintetizada (aporepresor) está inactiva, ya que se disocia en monómeros. Mientras no haya triptófano, el operador está libre, la ARN polimerasa funciona y la célula sintetiza el aminoácido.

Tan pronto como la concentración de triptófano es suficiente, este se une a la proteína represora inactiva. Esta interacción cambia la configuración espacial de la proteína: se activa, se une al operador y bloquea por completo la transcripción. La síntesis se detiene porque la célula ya cuenta con la sustancia necesaria.

Operones en eucariotas

Durante mucho tiempo prevaleció en la biología la opinión de que el principio de organización del genoma en operones era una característica exclusiva de los procariotas. Sin embargo, la investigación genética moderna ha refutado este dogma.

Se descubrió que los genes eucariotas también pueden agruparse en operones. Un claro ejemplo son los nematodos de vida libre (Caenorhabditis elegans), en cuyo genoma se han encontrado operones que incluyen hasta ocho genes. Además, se han encontrado construcciones genéticas similares en tripanosomas, algunas especies de moscas, plantas e incluso mamíferos.

En resumen: respuestas a preguntas sobre el tema

Preguntas de clases y exámenes

Qué más repasar sobre el tema

• Cambios espaciales en la estructura terciaria de la proteína represora
• Funciones de la $\beta$-galactosidasa y la $\beta$-galactósido permeasa en el metabolismo
• Diferencias moleculares entre los operones de procariotas y eucariotas
• Mecanismo detallado del control positivo de la transcripción
• Especificidad de la transcripción del ARNm policistrónico en nematodos

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