El papel de un operón
Genes de expresión genética
Los científicos entendieron por primera vez la regulación genética cuando estudiaron E. coli, un tipo de bacteria que vive en nuestro intestino grueso. Esta bacteria produce enzimas que nos ayudan a digerir nuestros alimentos, como la lactosa en la leche. La E. coli, recuerde, es un procariota, un organismo cuyas células carecen de núcleo. El ADN procariótico se agrupa en grupos de genes llamados operones . Cuando los científicos estudiaron por primera vez el operón lac que se encuentra en E. coli, observaron la regulación de genes a través de la inducción y la represión transcripcional.
Hemos hablado antes de represión e inducción. La represión describe una disminución en la transcripción de genes, mientras que la inducción es un aumento en la transcripción de genes. El operón lac de E. coli se induce en presencia de lactosa y se reprime cuando la lactosa desaparece. A veces describimos la inducción y la represión como «encender» y «apagar» el operón. Podemos pensar en el operón como controlado por un interruptor. La lactosa lo enciende y la ausencia de lactosa lo apaga.
Pero, ¿cuál es el verdadero mecanismo de control transcripcional? Sabemos que no hay realmente una centralita ahí abajo, manejando microscópicamente todo lo que sucede en el ADN bacteriano. Entonces, ¿cuál es la verdadera historia? ¿Cómo funcionan realmente la represión y la inducción? ¿Y la lactosa? Es solo un azúcar. ¿Puede realmente tener tanto poder sobre la expresión de genes bacterianos?
Esta lección lo guiará a través de las partes principales de un operón, describiendo cómo funciona cada uno de los segmentos. Echaremos un vistazo más de cerca al operón lac y cómo responde a los represores e inductores. Luego, revisaremos la represión y la inducción para comprender a fondo cómo un operón controla la transcripción en la célula procariota.
Operón Lac: Función, diagrama y regulación
Anatomía de un operón
Muy bien, aquí está el operón lac de E. coli.
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Como todos los operones, es un grupo de genes relacionados que codifican cosas similares. A los genes individuales los llamamos genes estructurales . Un gen estructural es cualquier gen que codifica una proteína estructural o una enzima. Recuerde, las enzimas son solo un tipo de proteína. Los genes estructurales del operón lac codifican tres enzimas diferentes. La primera enzima se llama beta galactosidasa. El segundo es galactosa permeasa y el tercero se llama tiogalactósido transacetilasa. ¡Uf! Llamémoslos simplemente Betty, Gail y Theo. Los tres se encargan de descomponer la lactosa en el intestino. Debido a que Betty, Gail y Theo generalmente se necesitan al mismo tiempo, sus genes se transcriben todos al mismo tiempo. El gen Betty, el gen Gail y el gen Theo están todos uno al lado del otro en el operón lac.
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Ahora, veamos lo que tenemos delante de los genes estructurales. Aquí hay un segmento de ADN corto y se llama operador . Esta es la parte del operón que actúa como interruptor para la transcripción. Es como un operador que trabaja en la centralita de una compañía telefónica. El operador controla si se producirá o no la transcripción. Lo hace proporcionando un sitio de unión para el represor, que bloquea la ARN polimerasa para que no se una al promotor. Espera un segundo. Polimerasa de ARN ? Promotor ? ¿No hemos visto esos términos antes?
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Recuerde que la transcripción genética comienza cuando la ARN polimerasa localiza al promotor en la hebra antisentido de ADN. La ARN polimerasa comienza a construir la cadena de ARNm justo después del promotor. En una célula procariota, la transcripción continúa a lo largo de todo el operón. Si queremos que todos los genes estructurales se transcriban y traduzcan, entonces necesitamos que la ARN polimerasa se adhiera primero al promotor.
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El promotor vive justo delante del operador y el operador se sienta justo delante de los genes estructurales. Todos estos juntos forman el operón. ¿Hay algo mas? Oh si. Sentado aguas arriba del operón hay un gen regulador que codifica el represor. Recuerde, un represor es una proteína que regula la expresión génica bloqueando la transcripción génica. El represor es un tipo de proteína reguladora, por lo que tiene sentido que esté fabricado por un gen regulador.
Factor de transcripción: definición e identificación
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Represión transcripcional
Creo que todos estos extraños términos nuevos empezarán a tener sentido cuando veamos algunos ejemplos. Volvamos a la represión y la inducción. Anteriormente, cuando hablamos del operón lac, dijimos que la represión es el bloqueo de la expresión génica en respuesta a un represor. Pero, ¿cómo bloquea realmente un represor la transcripción?
Para entender a los represores, tienes que saber cómo son. Aquí hay un represor para el operón lac. Es una proteína de forma divertida con un agujero en el costado y un brazo abultado que sobresale al frente. También tiene pequeños pies diseñados para adherirse al ADN.
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Cuando el represor lac está activo, pega los pies al operador y su brazo abultado termina colgando sobre el promotor vecino. Ahora, el promotor está bloqueado. ¿Entonces que significa eso? Significa que la vieja ARN polimerasa pobre no puede entrar y unirse al promotor. Si no puede adherirse al promotor, entonces no puede comenzar a construir el ARNm. Sin transcripción significa que no hay traducción. Entonces, Betty, Gail y Theo nunca se producirán. No tendremos enzimas que ayuden a descomponer nuestra lactosa. El represor lac ha logrado bloquear la transcripción de nuestro operón lac.
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Ahora que sabemos más sobre represores, sigamos adelante y ampliemos nuestra definición. Podemos decir que un represor es una proteína que apaga la transcripción uniéndose al operador y bloqueando la unión de la ARN polimerasa al promotor.
¿Realmente nos importa que no podamos producir nuestras enzimas ahora? Quiero decir, ¿cuánto nos preocupan Betty, Gail y Theo? Son solo enzimas que descomponen el azúcar lactosa. ¿Realmente los necesitamos dando vueltas? Bueno, si planeamos tener lácteos pronto, entonces sí. Recuerde, se lo debemos al operón lac de la E. coli en nuestro intestino para ayudarnos a digerir el azúcar lactosa. Entonces, si entra algo de lactosa en nuestro sistema, será mejor que tengamos una manera de sacar ese represor del operón.
Partes de una célula vegetal: lección para niños
Inducción transcripcional
Afortunadamente, tenemos una forma, ¡y la nuestra es el azúcar lactosa en sí! Cuando las moléculas de lactosa bajan por la tubería, terminan uniéndose directamente al represor lac. ¿Recuerdas ese agujero en el costado del represor? El azúcar lactosa encaja perfectamente ahí. Cuando la lactosa se une al represor lac, termina cambiando la forma de la proteína. Los pequeños pies se despegan del operador y ahora el represor está en su estado inactivo. No puede hacer nada mientras la lactosa esté unida a él. Entonces flota y libera el operón para comenzar la transcripción nuevamente. La ARN polimerasa entra en acción para unirse al promotor, la transcripción continúa por todo el operón y, antes de que te des cuenta, Betty, Gail y Theo están de vuelta en el negocio, lo cual es genial, porque tenemos muchas más moléculas de lactosa que deben romperse. abajo.
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Esta inversión de la represión es lo que llamamos inducción . Hemos mencionado antes que la inducción es un aumento en la expresión génica debido a la presencia de un inductor. Ahora sabemos que la lactosa en sí misma es el inductor. Un inductorse une a un represor y hace que se caiga del operador. Pero, si lo piensas bien, la lactosa no indujo realmente la transcripción. Solo impidió que se bloqueara la transcripción. La lactosa hizo posible la transcripción al hacer imposible su bloqueo. ¡Indujo la transcripción reprimiendo su represión! Lo sé, parece extraño, pero tiene mucho sentido si consideras cómo funciona el cuerpo. Siempre que consumimos algo, necesitamos enzimas para descomponerlo. Siempre que no estemos consumiendo esa cosa, no necesitamos las enzimas. La lactosa asegura su propia digestión al inducir la transcripción de las enzimas del operón lac. Cuando ya no hay lactosa, el represor vuelve a activarse. El represor activo detiene la transcripción, por lo que no desperdiciamos energía en la producción de enzimas que no necesitamos.
Resumen de la lección
Resulta que controlar la transcripción no es realmente tan simple como presionar un interruptor. La transcripción en la célula procariota está regulada por las complejas interacciones de ADN, enzimas y proteínas reguladoras. Pero cuando te alejas de la mecánica de todo esto, todavía puedes pensar en la represión y la inducción como encender y apagar un operón.
El operón es efectivamente el centro del control transcripcional. Además de sus principales genes estructurales, el operón alberga un operador y un promotor. Delante del promotor se encuentra un gen regulador que produce proteínas represoras. Cuando un represor está en su estado activo, se une al operador. Esto bloquea el promotor que se encuentra corriente arriba y evita que la ARN polimerasa se adhiera a él. El efecto completo es un bloqueo de la transcripción o represión transcripcional. Pero una vez que aparece un inductor, hace que el represor caiga del operador, permitiendo que la ARN polimerasa se una al promotor. La transcripción comienza aquí y continúa por el operón hasta que se transcriben todos los genes estructurales. En el caso del operón lac, los genes estructurales codifican tres enzimas diferentes que son responsables de la descomposición de la lactosa. Una vez que los tres genes se transcriben y traducen, las enzimas pueden empezar a funcionar. La lactosa, por tanto, es el inductor del operón lac.
Los resultados del aprendizaje
Después de esta lección, debería poder:
- Enumere los genes estructurales y las partes del operón lac
- Describir los pasos y actores críticos de la inducción y la represión transcripcional.
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