Regulación de la Expresión Génica
En nuestro recorrido por la genética, hemos aprendido qué son los genes, cómo se replican y cómo se transmiten. También hemos visto que la información contenida en los genes se transcribe a ARN y que el ARN mensajero se traduce a proteínas. De esta manera, la información contenida en los genes se convierte en proteínas. Sin embargo, aún no hemos visto cómo la célula regula su funcionamiento, es decir, ¿cómo decide la célula qué proteínas necesita producir en cada momento y qué cantidad de proteína es necesario sintetizar?
En los organismos pluricelulares con diferentes órganos y tejidos, existe un reparto de funciones. Las células de diferentes tejidos llevan a cabo distintas misiones y, para ello, necesitan sintetizar diferentes tipos de proteínas. Un hepatocito (célula del hígado) produce una colección de proteínas diferente a las de un reticulocito. Por consiguiente, en los diferentes tejidos de un individuo pluricelular adulto se expresan distintas baterías de genes.
Regulación de la Expresión Génica en Bacterias
En las bacterias, a pesar de ser organismos unicelulares, también es necesario regular la expresión de los genes, adaptándola a las necesidades ambientales. Es un principio de economía celular que la expresión de los genes esté regulada según las circunstancias celulares. Un buen ejemplo de esta situación en bacterias es la regulación de las enzimas implicadas en el metabolismo de los azúcares.
Las bacterias pueden emplear diferentes fuentes de carbono para obtener energía, como la glucosa, lactosa, galactosa, maltosa, ramnosa y xilosa. Existen enzimas capaces de introducir cada uno de estos azúcares en la bacteria y enzimas capaces de romperlos para obtener energía. Sería un despilfarro energético producir simultáneamente todas las enzimas necesarias para metabolizar los diferentes azúcares mencionados. Por consiguiente, sería mucho más económico para la célula producir solamente las enzimas necesarias en cada momento. Es decir, si en el medio en el que vive la bacteria la principal fuente de carbono es la lactosa, solamente se expresarían los genes necesarios para metabolizar la lactosa, mientras que los otros genes no se expresarían. Por lo tanto, es esencial que exista un mecanismo de regulación de la expresión génica, de manera que los genes se expresen cuando sea necesario.
La regulación de la producción de proteínas (síntesis de proteínas), considerando el proceso en su conjunto, puede llevarse a cabo en tres niveles:
- Replicación
- Transcripción
- Traducción
De los tres niveles de regulación, uno de los mejor conocidos actualmente es la regulación durante la transcripción. Aunque la regulación de la transcripción en eucariontes es más compleja que en bacterias, muchos de sus aspectos son similares. Por lo tanto, comenzaremos por el estudio de la regulación de la transcripción en bacterias.
Sistemas Constitutivos y Sistemas Adaptativos
Existen algunos procesos metabólicos necesarios para el funcionamiento normal de casi todas las células. Hay una serie de necesidades básicas para el mantenimiento normal de una célula. Por consiguiente, los genes que codifican para las enzimas necesarias para el metabolismo básico celular se expresan continuamente, es decir, se expresan de forma constitutiva o continua. Por este motivo, a este tipo de genes se les denomina genes que guardan la casa o genes constitutivos. Que estos genes se expresen continuamente no significa que su actividad no esté regulada, simplemente están sometidos a un tipo de regulación diferente que hace que se estén expresando siempre. Los genes constitutivos codifican para sistemas enzimáticos constitutivos, que se necesitan siempre para la actividad normal de la célula.
Frente a los genes constitutivos, nos encontramos con los genes que se expresan solamente en determinadas situaciones y que, por consiguiente, codifican para enzimas que solamente se necesitan en momentos concretos. A este tipo de genes se les llama genes adaptativos y a las enzimas codificadas por ellos, sistemas enzimáticos adaptativos. Se denominan así pensando en que se expresan cuando la célula se adapta a una determinada situación ambiental. En algunos libros de texto se denomina a este tipo de genes, genes regulados; sin embargo, esta nomenclatura no es adecuada, ya que parece que los únicos genes cuya expresión está regulada serían estos.