Rodrigo Ricardo

Regulación de la expresión genética: inducción y represión transcripcional

Publicado el 11 septiembre, 2020

Genes y expresión genética

¿Alguna vez has deseado tener un gemelo idéntico? A veces tengo celos de las personas que tienen gemelos. Creo que sería interesante ver cómo quedaría otro yo. Quiero decir, los gemelos idénticos no resultan completamente idénticos. Por lo general, terminan con alturas ligeramente diferentes, con rasgos faciales ligeramente diferentes y personalidades diferentes. Algunos gemelos idénticos son fáciles de distinguir a pesar de que sus genes son exactamente los mismos. Pero eso parece extraño, ¿no? Si los gemelos idénticos tienen exactamente los mismos genes, ¿por qué hay diferencias notables? ¿Son los genes realmente lo único que define nuestras características físicas? ¿O los genes se modifican un poco por el resto de nuestras funciones celulares?

Volvamos a lo que realmente es un gen. Es una sección de ADN que codifica o especifica una proteína en particular. El gen se transcribe primero en ARNm y luego se traduce en una cadena polipeptídica. Ese polipéptido es un componente de las proteínas que componen su cuerpo, incluida su altura, rasgos faciales y todo lo demás. Cuando los códigos ocultos dentro de nuestros genes salen a la luz como rasgos físicos, lo llamamos expresión genética .


Los genes se transcriben en ARNm y luego en cadenas polipeptídicas.
La expresion genica

Regulación de la expresión genética

La expresión genética es exactamente lo que parece. Es el acto de que los genes se expresen. ¿Cómo se expresa la gente? Muestran sus emociones, ¿verdad? Expresan acciones y palabras que resultan de los pensamientos y sentimientos que tienen dentro. Cuando los genes se expresan, emiten moléculas de proteínas que resultan de los códigos genéticos que tienen dentro. Los genes se expresan convirtiendo el código del ADN en una proteína mediante la transcripción y traducción. Es básicamente otra forma de hablar sobre el dogma central. La expresión genética describe cómo la composición genética de un organismo se muestra como rasgos físicos de un organismo. Es el proceso por el cual la información fluye de los genes a las proteínas.

Durante la vida de un ser vivo, es importante tener control sobre la cantidad de gen que se expresa en un momento dado. Por ejemplo, tomemos el gen de la queratina. La queratina es la proteína que forma nuestra piel, cabello y uñas. Por lo general, necesitamos cultivar estas cosas a un ritmo continuo, porque nuestra piel, cabello y uñas se desgastan con el tiempo. Pero, si producimos demasiada queratina, podríamos terminar con demasiado cabello, uñas muy largas o piel muy gruesa y dura. ¡La vida sería un dolor si esto nos sucediera! Entonces, es importante que regulemos la expresión del gen de la queratina. La regulación de la expresión genética describe una variedad de mecanismos mediante los cuales nuestras células controlan la cantidad de proteína que producen nuestros genes.

Transcripción procariota frente a eucariota

La regulación genética ocurre de manera diferente dependiendo de si el organismo es un procariota o un eucariota. ¿Recuerdas la diferencia entre estos dos? Recordemos rápidamente. Los eucariotas son organismos, como plantas, animales, hongos y protistas, que tienen células con núcleos y orgánulos en su interior. La mayoría de los eucariotas son multicelulares. Un procariota es un organismo unicelular, como las bacterias, que no tiene núcleo ni orgánulos en su interior. Dado que una célula eucariota tiene un núcleo y una célula procariota no, la regulación de la transcripción es diferente entre las dos.

En un eucariota, el ARNm que se transcribe en el núcleo debe atravesar la envoltura nuclear para traducirse en el citoplasma. Antes de que pueda salir, debe procesarse. Algunas partes se agregan a la hebra y otras se quitan. Hay más que eso, pero guardaremos el procesamiento de ARN eucariota para otro momento.


A diferencia de los eucariotas, múltiples genes se traducen juntos en procariotas
Transcripción procariota

En un procariota, no hay envoltura nuclear, por lo que el ARNm puede comenzar a traducirse allí mismo en el citoplasma. La transcripción y la traducción se superponen entre sí. Entonces, la producción de proteínas comienza antes de que se complete la cadena de ARNm. A diferencia de los eucariotas, los procariotas tienen más de un gen en una hebra de ARNm. Entonces, con la superposición de procesos, todos los genes en el ARNm terminan traduciéndose juntos. Por lo general, un organismo no quiere traducir diferentes proteínas al mismo tiempo porque diferentes proteínas están involucradas en diferentes actividades celulares. Entonces, en un procariota, los genes que están relacionados entre sí se encuentran uno al lado del otro en el ADN real. Los grupos de genes relacionados se denominan operones.. Cuando se traduce un operón completo, se produce un equipo completo de proteínas. Cada proteína del equipo contribuye a la misma función celular.

El Lac Operon

El estudio de los operones fue la primera forma en que aprendimos sobre la regulación de la expresión génica. En 1961, dos biólogos franceses estudiaron la bacteria E. coli para aprender cómo funcionan los operones. Recuerde que la E. coli es una bacteria importante que vive en su intestino. Le ayuda a digerir ciertos alimentos que consume, como el azúcar lactosa que se encuentra en la leche y los productos lácteos. E. coli tiene tres genes que codifican las enzimas que digieren la lactosa. Sin las enzimas, no podría digerir el azúcar lactosa. Y sin los tres genes, no podría producir las enzimas. El conjunto de tres genes es un ejemplo de operón. Los científicos lo llaman el operón lac porque controla la producción de enzimas que digieren la lactosa.

Ahora, vamos a mirar dentro de su intestino por un minuto. Digamos que cada mañana cuando te despiertas, siempre bebes un vaso lleno de leche. Pero durante el resto del día, no tendrá más productos lácteos. ¿Crees que el operón lac produce las enzimas que digieren la lactosa a un ritmo constante durante todo el día? ¡Por supuesto no! El operón lac produce muchas enzimas por la mañana, cuando bebes toda esa leche por primera vez. Pero durante el resto del día, no necesita producir más enzimas, porque no consumirá más lácteos. El operón lac regula la expresión de sus genes dependiendo de la cantidad de enzimas que se necesiten en diferentes situaciones.

Inducción, represión y regulación genética

La mecánica de la regulación génica en el operón lac es bastante compleja. Pero, la historia corta es que el operón se enciende y se apaga según la cantidad de lactosa en el ambiente de la bacteria. Y por medio ambiente, me refiero simplemente al interior de su intestino; ese es todo el ambiente que tiene una bacteria E. coli . Cuando bebe su leche, la lactosa termina en su intestino y rodea la bacteria E. coli . La presencia de lactosa activa el operón lac, como un interruptor de luz. A esto se le llama inducción . La inducción transcripcional es un aumento en la expresión génica debido a la presencia de un inductor. Un inductor es una molécula que inicia la expresión genética. En el caso de E. coli y las enzimas que digieren la lactosa, el inductor es el azúcar, lactosa.


El operón lac se activa en presencia de lactosa y controla las enzimas que digieren la lactosa.
Lac Operon

Si un inductor activa un operón, ¿qué desactiva un operón? Bueno, hay otra molécula llamada represor . Es una proteína que regula la expresión genética bloqueando la transcripción genética. Una vez que haya terminado de digerir su dosis matutina de leche, el operón lac se apaga para que las bacterias no desperdicien energía produciendo enzimas que no necesita. A esto se le llama represión . La represión transcripcional es el bloqueo de la expresión génica en respuesta a un represor.

Como puede ver, nuestros genes no son completamente los encargados de definir nuestras características físicas. En cambio, son más como instrucciones básicas para diferentes posibilidades de productos proteicos. Otras funciones celulares ayudan a decidir cómo se expresan nuestros genes controlando la cantidad y la frecuencia con la que se producen nuestras proteínas. Ahora tiene sentido que dos gemelos idénticos puedan verse tan diferentes. Debido a que no siempre experimentan los mismos entornos durante su vida, sus genes se expresan de diferentes maneras debido a los procesos de regulación genética.

Resumen de la lección

Un segmento de ADN que codifica una proteína específica se llama gen . Los genes se expresan cuando se transcriben en ARNm y se traducen en proteínas. La expresión génica está cuidadosamente regulada por todos los organismos para que se produzca la cantidad correcta de cada proteína. Los organismos eucariotas regulan su expresión genética de manera diferente a los procariotas. Mientras que el ARN eucariota se procesa en el núcleo, el ARN procariota se organiza en grupos de genes relacionados llamados operones .

Al estudiar el operón lac que se encuentra en la bacteria E. coli , los biólogos aprendieron sobre la regulación de genes y los procesos de represión e inducción. La represión es una disminución de la expresión genética. La inducción es un aumento en la expresión génica debido a la presencia de un inductor. Si bien nuestros genes proporcionan todas las instrucciones para las proteínas que producimos, nuestros rasgos individuales están influenciados por la regulación de la expresión génica.

Los resultados del aprendizaje

Al final de este video, debería poder:

  • Explica la función de los genes.
  • Describir el proceso de regulación genética, incluida la inducción y la represión.
  • Diferenciar entre la regulación de genes procariotas y la regulación de genes eucariotas

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