Operón

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Operón, sistema de regulación de la expresión génica encontrado en procariotas que afecta a genes dedicados a un objetivo metabólico y que se encuentran situados de forma contigua en el ácido desoxirribonucleico (ADN). El operón está formado por varios genes estructurales que se transcriben como una unidad bajo el control de varios componentes reguladores, denominados operador, represor y promotor. Los genes estructurales son los que codifican las proteínas estructurales y enzimáticas. Este sistema de regulación fue puesto de manifiesto por los científicos Jacques Monod y François Jacob.







Uno de los operones mejor conocidos es el operón lac de Escherichia coli, implicado en el metabolismo de la lactosa. Para que la bacteria pueda utilizar la lactosa como fuente de carbono se necesitan varias enzimas: una permeasa (gen y), que permita su entrada en la célula, una β-galactosidasa (gen z), para romper la molécula en glucosa y galactosa, y una transacetilasa (gen a). Los genes y, z, a, se encuentran situados muy cerca unos de otros en el ADN, y se transcriben todos a la vez. Junto al primer gen estructural se sitúa el promotor lac, el lugar donde se unirá la ARN polimerasa (enzima responsable de la producción de ARNm) para iniciar la transcripción. Entre el promotor y los genes estructurales se sitúa el operador, un segmento de ADN al que se une la molécula represora, que forma parte del complicado sistema de regulación del operón, impidiendo la transcripción de los genes z, y, a. Si seguimos ascendiendo en la cadena de ADN encontramos el gen regulador, que codifica la proteína represora llamada Lac, denominada así porque puede bloquear la función de los genes z, y, a, al unirse al operador e impedir que la ARN polimerasa, que está unida al promotor, transcriba los genes estructurales. Cuando en el medio hay lactosa, la bacteria necesita sintetizar las enzimas necesarias para poder introducirla en la célula y degradarla. Entonces, la lactosa actúa como un inductor del sistema, uniéndose a la proteína represora y liberando al operador, que normalmente se encuentra unido a esta molécula, permitiendo la transcripción. Cuando se consume toda la lactosa, la proteína represora queda libre, uniéndose al operador e interrumpiendo la transcripción. Se dice por ello que el operón lac es un sistema inducible (la lactosa actúa como un inductor) y sometido a un control negativo (porque habitualmente el sistema está reprimido).






A diferencia del operón lac, hay otros operones, como el operón his responsable de la síntesis de histidina, que funcionan según el sistema de represión. En estos casos, el represor se encuentra normalmente en estado inactivo, permitiendo la síntesis de histidina. Cuando hay suficiente cantidad de este aminoácido, la histidina, que se convierte en correpresor, se une al represor, que se activa y se fija al operador, deteniendo la transcripción.






Existen otros muchos operones conocidos, como el operón triptófano (constituido por cinco genes estructurales que catalizan los pasos de la ruta metabólica cuyo producto final es el aminoácido triptófano) o el operón arabinosa (formado por tres genes implicados en el metabolismo de este azúcar). Pero aunque muchos genes correspondientes a enzimas relacionadas están fuertemente agrupados como hemos indicado, esto no ocurre siempre de esta manera. Así, mientras los genes responsables de la biosíntesis del aminoácido triptófano están agrupados en un operón, los de la biosíntesis de la arginina están dispersos por todo el cromosoma bacteriano.