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Biología

   
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Las células no están constantemente sintetizando todas las proteínas codificadas en sus genes pues esto significaría un gasto inútil de energía, ya que no siempre son necesarias para la célula. Debido a ello, las células disponen de mecanismos programados para regular la síntesis de sus diferentes proteínas, con lo cual en cada momento sintetizan las proteínas que necesitan y en las cantidades adecuadas.
Los mecanismos de regulación de la expresión de los genes son más conocidos en las células procarióticas, por ser donde primero se estudiaron.

Regulación de la expresión génica en bacterias

A principios de los años sesenta, los investigadores Jacob y Monod propusieron una hipótesis para explicar la regulación de la expresión génica en las bacterias. Esta hipótesis se basa en que las proteínas cuya función está estrechamente relacionada (p.e., el conjunto de enzimas que participan en un mismo proceso), se hallan codificadas por genes localizados, unos al lado de otros, en la misma molécula de ADN, constituyendo una unidad funcional llamada operón.
En cada operón se distinguen:
- Los genes estructurales (E1, E2, E3, E4...): codifican proteínas cuya función está estrechamente relacionada; todos ellos se transcriben en un único ARNm (ARNm policistrónico)
- El centro promotor (P), zona donde se une la enzima ARN-POLIMERASA que, como sabemos, es el enzima que provoca la transcripción de los genes.
- El centro operador (O), zona intercalada entre el promotor y los genes estructurales.
- El gen regulador (R): codifica para la síntesis de una proteína reguladora que según cómo actúe se denomina represora o activadora.


a) Es represora cuando inhibe la transcripción de los genes estructurales. Puede existir en forma activa o en forma inactiva; en forma activa se une al ADN en el centro O, con lo cual la ARN-POLIMERASA no puede desplazarse y la transcripción de los genes estructurales queda bloqueada. Cuando la bacteria necesita sintetizar las proteínas codificadas por los genes estructurales, la proteína represora debe hallarse separada del operador.
b) Es activadora cuando facilita la unión de la ARN-POLIMERASA al centro P, por lo que aumenta la velocidad de la transcripción.

Un ejemplo de operón es el llamado "operón lac" existente en la bacteria Escherichia coli que regula la síntesis de 3 proteínas enzimáticas encargadas de metabolizar la lactosa. Si en el medio de crecimiento de la bacteria no existe lactosa, no es necesario que la bacteria sintetice estas 3 proteínas, con lo cual la proteína represora, en forma activa, se halla unida al operador bloqueando la transcripción de los genes (E1, E2, E3) que codifican para estas 3 proteínas.

Si en el medio de crecimiento existe lactosa, un derivado de ésta se une al represor, induciendo un cambio en su conformación que la convierte en inactiva, por lo que se separa del operador. Al no estar presente el represor, la ARNPOLIMERASA se une al promotor y desencadena la transcripción y, por tanto, la traducción de los 3 genes estructurales E1, E2, E3. Por ello, el derivado de la lactosa es el agente inductor de la transcripción de esos genes.

Regulación de la expresión génica en células eucarióticas

Es mucho más compleja que en las bacterias y todavía no se conoce suficientemente, pero se cree que ocurre mediante factores que activan la transcripción: si la transcripción de un gen es activada, ese gen se expresa, es decir, a partir de él se forma una proteína.
Puesto que en las células eucarióticas las moléculas de ADN se hallan densamente empaquetadas formando las fibras de cromatina, la activación de la transcripción se lleva a cabo en dos fases:
- Descondensación de la cromatina: para que se produzca la transcripción de un gen, es necesario que previamente, en la región de la cromatina donde éste se localiza, se separen las histonas asociadas al ADN, adoptando éste una configuración extendida que permita la unión de la ARN-POLIMERASA. Este proceso es inducido por acción de
factores activadores, y una vez finalizada se produce de nuevo la condensación del ADN.
- Unión de la ARN-POLIMERASA al promotor del gen: requiere también la actuación de factores activadores que, mediante distintos mecanismos, facilitan la acción de esta enzima.
-- En los animales, la activación de la transcripción puede ser inducida por ciertas hormonas, que, de este modo, provocan la síntesis de proteínas necesarias en el organismo en un determinado momento. Es el caso de las hormonas esteroideas (derivadas del colesterol, como las hormonas sexuales) y de las hormonas proteicas
(como la insulina) (2).
a) las hormonas esteroideas, por su naturaleza lipídica, se difunden a través de la bicapa de la M.P., entrando en el citoplasma donde se unen a un receptor; el complejo hormona-receptor entra el núcleo desencadenando la transcripción de genes específicos.
b) las hormonas proteicas, se unen a un receptor situado en la cara externa de la M.P., provocando la formación de AMPc, por el proceso que ya estudiamos; el AMPc ó 2º mensajero, activa ciertas proteínas que actúan desencadenando la transcripción de genes específicos.

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(2) Recordar que cada tipo de hormona sólo puede actuar en aquellas células que tienen en su M.P. o en su citoplasma un receptor específico para esa hormona

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