Genes y necesidad de regulación
La composición cualitativa y cuantitativa de las proteínas sintetizadas cambia constantemente según el tipo de tejido y la etapa de desarrollo del organismo. En cualquier momento dado, la mayor parte del genoma está inactiva. Según su grado de actividad, los genes se dividen en dos grupos:
- Genes constitutivos (genes de mantenimiento, housekeeping genes). Funcionan constantemente en todas las células, asegurando su actividad vital básica. Son responsables de la síntesis de histonas, proteínas ribosómicas, tubulinas, así como de ARNt y ARNr.
- Genes inducibles (genes de lujo, luxury genes). Se activan solo en determinados tejidos o bajo la influencia del entorno externo o interno. Son precisamente los que aseguran la especificidad tisular.
Esta actividad es controlada por proteínas reguladoras especiales que están codificadas por genes reguladores.
Clasificación de los factores de transcripción
Los factores de transcripción se dividen en dos grandes grupos según lo universal que sea su acción.
1. Factores de transcripción generales Se requieren para el funcionamiento de absolutamente todos los genes en cualquier célula. Su tarea principal es reconocer el promotor (más frecuentemente su región llamada caja TATA) y posicionar la enzima en él. Por ejemplo, para iniciar la ARN polimerasa II se necesita un complejo de siete factores principales: TFIIA, TFIIB, TFIID, TFIIE, TFIIF, TFIIH y TFIIJ. Las ARN polimerasas I y III también tienen sus propios conjuntos específicos de factores generales.
2. Factores de transcripción específicos Estas proteínas aseguran la expresión diferencial; deciden qué gene exacto debe activarse en un tejido concreto. Se unen a secuencias reguladoras especiales: los potenciadores (enhancers).
El mecanismo de su funcionamiento es el siguiente:
- Los potenciadores pueden ubicarse a una distancia considerable del promotor.
- Las proteínas específicas se unen al potenciador.
- La cadena de ADN se dobla, formando un bucle espacial.
- Debido al bucle, las proteínas del potenciador entran en contacto físico con la ARN polimerasa II en el promotor, iniciando el proceso.
Dominios funcionales
Los factores de transcripción tienen una estructura compleja. La molécula de dicha proteína se divide habitualmente en tres partes funcionales (dominios):
- Dominio de unión al ADN. Contacta directamente con las regiones del potenciador o del promotor.
- Dominio de activación. Es necesario para la interacción con otras proteínas correguladoras.
- Dominio de unión a ligandos (fosforilación). Percibe señales de otras moléculas. Por ejemplo, si el ligando actúa como una hormona esteroidea o sexual, se une a este dominio, lo que lleva a la activación de la transcripción de todo un complejo de genes dependientes.
Familias de proteínas de unión al ADN
Los dominios de unión al ADN reconocen las regiones necesarias debido a que su superficie coincide perfectamente con el relieve de la doble hélice de ADN. Según sus características estructurales, se distinguen tres motivos principales:
- Dedos de zinc (Zinc finger). Es un bucle peptídico corto cuya forma se mantiene mediante un ion de zinc (Zn²⁺). Este une dos residuos de cisteína por un lado y dos residuos de histidina por el otro. La hélice de dicho «dedo» se acopla en el surco mayor del ADN, uniéndose firmemente a él a lo largo de varias vueltas. Esto cambia la conformación del ADN y abre el acceso a las enzimas. El motivo es extremadamente importante para el desarrollo embrionario.
- Cremalleras de leucina (Leucine zipper). Representan un dímero en cuyas hélice alfa el aminoácido leucina se repite estrictamente cada 7 posiciones. Interactúan con los surcos mayores adyacentes del ADN.
- Hélice-bucle-hélice (Helix-loop-helix). Dos regiones helicoidales de la proteína están separadas por un bucle no helicoidal, lo que asegura su dimerización. Cerca de este motivo hay una región de aminoácidos cargados positivamente (básicos). Durante la formación del dímero, se sienten atraídos por el ADN cargado negativamente e inician la transcripción.
Genes homeóticos
Genes homeóticos son aquellos genes que codifican los factores de transcripción más importantes, los cuales actúan como reguladores clave del desarrollo embrionario. Controlan todo el programa de formación de órganos y tejidos.
Estas regiones son asombrosamente conservadas y se encuentran en todos los animales: desde la mosca de la fruta *Drosophila* hasta el ser humano. Las mutaciones en ellos provocan alteraciones anatómicas catastróficas. Por ejemplo, en los humanos pueden causar el subdesarrollo de los dientes, y en la *Drosophila*, la formación de patas en lugar de antenas o la aparición de segmentos corporales adicionales con alas.
En resumen: respuestas a preguntas sobre el tema
¿Qué anomalías y enfermedades en los seres humanos surgen debido a mutaciones en los genes homeóticos?
En caso de mutaciones (alteración de la estructura) de los genes homeóticos, se producen trastornos en la formación de las estructuras corporales.
Para los seres humanos, las fuentes indican el siguiente ejemplo: subdesarrollo dental.
Las mutaciones homeóticas se manifiestan fenotípicamente mediante la conversión de unos órganos en otros, es decir, la transformación de partes del cuerpo.
Para recordar los tres dominios de un factor de transcripción, utilice la regla mnemotécnica DAL: de unión al ADN (se fija al gen), de activación (reúne al equipo de ayudantes), de unión a ligandos (capta una señal química, por ejemplo, una hormona).
Preguntas de clases y exámenes
¿En qué se diferencian los genes constitutivos de los inducibles?
Los genes constitutivos aseguran las funciones básicas y funcionan constantemente en todas las células (por ejemplo, los genes de las proteínas ribosómicas). Los genes inducibles solo están activos en tejidos especializados o se encienden en respuesta a señales determinadas.
¿Cómo puede un potenciador influir en el promotor si se encuentran lejos el uno del otro?
Cuando los factores de transcripción específicos se unen al potenciador, la hebra de ADN se dobla en forma de bucle. Gracias a esta aproximación espacial, las proteínas del potenciador pueden interactuar físicamente con la ARN polimerasa en el promotor.
¿Qué es un «dedo de zinc»?
Es un motivo estructural de una proteína de unión al ADN. Consiste en un bucle peptídico sujeto por un ion de zinc que se acopla en el surco mayor de la hélice de ADN y altera su conformación para el inicio de la transcripción.
Qué más repasar sobre el tema
- Características del funcionamiento de las ARN polimerasas I y III y sus factores generales
- Mecanismos de modificación postraduccional de las proteínas ya formadas
- El papel de los genes homeóticos en la embriogénesis humana
- Regulación hormonal de la expresión génica a través de los dominios de unión a ligandos
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