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Contenido principal

Resumen: regulación génica en bacterias

Resumen de operones, secuencias reguladoras de ADN & genes reguladores. Proteínas represoras & activadoras.

Puntos más importantes:

  • Los genes bacterianos a menudo se encuentran en operones. Los genes en un operón se transcriben como un grupo y tienen un solo promotor.
  • Cada operón contiene secuencias de ADN reguladoras, que actúan como sitios de unión para las proteínas reguladoras que promueven o inhiben la transcripción.
  • Con frecuencia, las proteínas reguladoras se fijan a moléculas pequeñas, que pueden activar o desactivar a la proteína al cambiar su capacidad de unirse al ADN.
  • Algunos operones son inducibles, lo que significa que pueden activarse por la presencia de una molécula pequeña particular. Otros son reprimibles, es decir que están activos de manera predeterminada, pero se pueden desactivar por medio de una molécula pequeña.

Introducción

Tendemos a pensar que las bacterias son simples. ¡Pero incluso la bacteria más simple tiene una tarea compleja cuando se trata de la regulación génica! Las bacterias en tus intestinos o entre tus dientes tienen genomas que contienen miles de genes diferentes. La mayor parte de estos genes codifican proteínas, cada una con su propio papel en un proceso, tal como el metabolismo de la energía, el mantenimiento de la estructura de la célula y la defensa contra los virus.
Algunas de estas proteínas se necesitan rutinariamente, mientras que otras se necesitan solamente bajo ciertas circunstancias. Así, las células no expresan todos los genes en su genoma todo el tiempo. Puedes pensar en el genoma como un libro de cocina con muchas diferentes recetas. La célula utilizará solamente las recetas (expresará los genes) que se ajusten a sus necesidades actuales.

¿Cómo se regula la expresión de un gen?

Hay varias formas de regulación génica, es decir, mecanismos para controlar cuáles genes se expresan y en qué niveles. Sin embargo, mucha de la regulación génica ocurre a nivel de la transcripción.
Las bacterias tienen moléculas reguladoras específicas que controlan si un gen particular será transcrito en el ARNm. A menudo, estas moléculas actúan al unirse al ADN cerca del gen y ayudan o bloquean la enzima de la transcripción, la ARN polimerasa. Observemos más cuidadosamente cómo se regulan los genes en las bacterias.

En las bacterias, los genes a menudo se encuentran en los operones

En las bacterias, los genes relacionados con frecuencia se encuentran en grupo en el cromosoma, donde se transcriben a partir de un promotor (sitio de fijación de la ARN polimerasa) como una sola unidad. Tal grupo de genes bajo control de un solo promotor se conoce como operón. Los operones son comunes en las bacterias, pero son raros en los eucariontes, como los humanos.
Diagrama que ilustra qué es un operón. En la parte superior del diagrama, vemos una célula bacteriana que contiene un cromosoma bacteriano circular. Nos enfocamos en un segmento pequeño del cromosoma y vemos que es un operón. El ADN del operón contiene tres genes, gen 1, gen 2 y gen 3, que se encuentran en una fila en el ADN. Están bajo el control de un solo promotor (el sitio donde se fija la ARN polimerasa) y se transcriben juntos para hacer un solo ARNm que contiene las secuencias que codifican para los tres genes. Cuando se traduce el ARNm, las tres secuencias de codificación diferentes del ARNm se leen por separado, y producen tres proteínas distintas (proteína 1, proteína 2 y proteína 3).
Nota: el operón no se conforma solo de los tres genes, también incluye el promotor y otras secuencias reguladoras que ajustan la expresión de los genes.
En general, un operón contendrá los genes que funcionan en el mismo proceso. Por ejemplo, un operón bien estudiado llamado operón lac contiene los genes que codifican las proteínas implicadas en el consumo y el metabolismo de un azúcar particular, la lactosa. Los operones permiten que la célula exprese eficientemente los grupos de genes cuyos productos se necesitan al mismo tiempo.

Anatomía de un operón

Los operones no solo están compuestos de las secuencias codificadoras de los genes, también contienen secuencias de ADN reguladoras que controlan la transcripción del operón. Típicamente, estas secuencias son los sitios de unión de las proteínas reguladoras, que controlan cuánto se transcribe el operón. El promotor, o el sitio donde se fija la ARN polimerasa, es un ejemplo de una secuencia de ADN reguladora.
Diagrama que ilustra que el promotor es el sitio en donde se fija la ARN polimerasa. El promotor se encuentra en el ADN del operón, aguas arriba (antes) de los genes. Cuando la ARN polimerasa se fija al promotor, transcribe el operón y hace algunos ARNm.
La mayoría de los operones tienen otras secuencias de ADN reguladoras además del promotor. Estas secuencias son sitios de unión de las proteínas reguladoras que "suben" o "bajan" la expresión del operón.
  • Algunas proteínas reguladoras son represores que se unen a secciones del ADN llamadas operadores. Cuando se une a su operador, un represor reduce la transcripción (por ejemplo, al bloquear la ARN polimerasa para que no pueda avanzar sobre el ADN).
Diagrama que ilustra cómo funciona un represor. Una proteína represora se fija a un sitio llamado operador. En este caso (y muchos otros), el operador es una región del ADN que se traslapa con el sitio de fijación de la ARN polimerasa (promotor) o yace justo aguas arriba de este. Es decir, está entre el promotor y los genes del operón. Cuando el represor se fija al operador, evita que la ARN polimerasa se una al promotor o transcriba el operón. Cuando el represor está unido al operador, no sucede transcripción alguna y no se forma ningún ARNm.
  • Algunas proteínas reguladoras son activadores. Cuando un activador se une a su sitio de fijación del ADN, aumenta la transcripción del operón (por ejemplo, al ayudar a la ARN polimerasa a pegarse al promotor).
Diagrama que ilustra cómo funciona un activador. La proteína activadora se fija a una secuencia específica del ADN, en este caso inmediatamente aguas arriba (antes) del promotor donde se une la ARN polimerasa. Cuando se fija el activador, ayuda a la unión de la polimerasa al promotor (hace la unión con el promotor más energéticamente favorable). Esto hace que la ARN polimerasa se una firmemente al promotor y transcriba los genes del operón con mucho más frecuencia, lo que conduce a la producción de muchas moléculas de ARNm.
¿De dónde vienen las proteínas reguladoras? Como cualquier otra proteína producida en un organismo, son codificadas por los genes en el genoma de la bacteria. Los genes que codifican las proteínas reguladoras a veces se llaman genes reguladores.
Muchas proteínas reguladoras pueden “encenderse” o “apagarse” con moléculas pequeñas específicas. La molécula pequeña se fija a la proteína, lo que cambia su forma y altera su capacidad de unirse al ADN. Por ejemplo, un activador puede ser activo (capaz de unirse al ADN) solamente cuando esté unido a cierta molécula pequeña.
Diagrama que ilustra cómo la actividad de un activador hipotético podría modularse por una molécula pequeña. Cuando la molécula pequeña está ausente, el activador está "apagado", es decir adquiere una forma que lo hace incapaz de fijarse al ADN. Cuando se agrega la molécula pequeña que activa al activador, se une al activador y cambia su forma. Este cambio de forma hace que el activador pueda fijarse a su secuencia de ADN objetivo y activar la transcripción.

Los operones pueden ser inducibles o reprimibles

Algunos operones generalmente están “apagados”, pero pueden "encenderse" con una molécula pequeña. La molécula se llama inductor y se dice que el operón es inducible.
  • Por ejemplo, el operón lac es un operón inducible que codifica las enzimas para el metabolismo de la lactosa. Se activa solamente cuando la lactosa está presente (y otros azúcares preferidos están ausentes). El inductor en este caso es la alolactosa, una forma modificada de la lactosa.
Algunos operones generalmente están “encendidos”, pero pueden "apagarse" con una molécula pequeña. La molécula se llama un correpresor y se dice que el operón es reprimible.
  • Por ejemplo, el operón trp es un operón reprimible que codifica las enzimas para la síntesis del aminoácido triptófano. Este operón se expresa de manera predeterminada, pero puede reprimirse cuando hay altos niveles del aminoácido triptófano. El correpresor en este caso es el triptófano.
Estos ejemplos ilustran un punto importante: que la regulación génica permite que las bacterias respondan a los cambios en su ambiente alterando la expresión de los genes (y así, cambiar el grupo de proteínas presentes en la célula).

Algunos genes y operones se expresan todo el tiempo

Muchos genes desempeñan papeles especializados y se expresan solamente bajo ciertas condiciones, como se describió anteriormente. Sin embargo, también hay genes cuyos productos necesita la célula constantemente para mantener las funciones esenciales. Estos genes constitutivos se expresan constantemente en condiciones normales de crecimiento (“activo constitutivamente”). Los genes constitutivos tienen promotores y otras secuencias de ADN reguladoras que aseguran la expresión constante.

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  • Avatar blobby green style para el usuario sara Ibeth Hernandez
    Los genes constitutivos tienen promotores y otras secuencias de ADN reguladoras que aseguran la expresión constante.
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