Operón de Lactosa (Control positivo).

8.2.1 Operón de Lactosa (Control positivo).

En 1961 dos microbiólogos franceses, Francois Jacob y Jacques Monod, descubrieron un mecanismo de regulación y control de síntesis de proteínas en bacterias al que dieron el nombre de Operón.  Notaron que la bacteria Escherichia coli sintetizaba ciertas enzimas de manera constante, mientras que otras se sintetizaban en el momento en que eran requeridas. Es decir, si la bacteria era colocada en un medio que contenía lactosa (azúcar de la leche), ésta empezaba a producir las enzimas que la digieren en galactosa y glucosa; por el contrario, si el medio carecía de lactosa, la bacteria no la producía pues era inútil su producción.

Jacob y Monod estudiaron la producción de tres enzimas que intervienen en la digestión de la lactosa: la beta-galactosidasa, la galactosa permeasa y la tiogalactósido transacetilasa. Por razones de nomenclatura decidieron llamarlas enzimas z, y y a, respectivamente. De igual forma designaron a los genes que las producían como los genes estructurales responsables de su síntesis (un gene estructural es aquel que codifica, es decir que tiene la información necesaria para la síntesis de una proteína o parte de ella).

Jacob y Monod descubrieron que los genes estructurales del Operón de la lactosa z, y y a, estaban alineados en el cromosoma, mientras que un cuarto gene se localizaba a cierta distancia, al que llamaron gene regulador. De estos cuatro genes, los tres estructurales se transcriben al mismo tiempo en ARN, mientras que el cuarto gene, el represor, transcribe un ARN mensajero que codifica para una proteína represora que se une a otra región muy especial de ADN presente en el Operón de la lactosa. Esta región es la del operador. Si la enzima que sintetiza el gene regulador se pega al operador, inhibe su acción y podemos decir que el sistema está apagado. Si, por el contrario, esta enzima represora se pega con el azúcar de la lactosa presente en el medio, se despegará del operador y será entonces cuando empiecen a funcionar los genes estructurales, sintetizando las enzimas que desdoblan eficientemente a la lactosa. Este sistema del Operón de la lactosa que regula la producción de enzimas se autorregula en el momento que las enzimas producidas por los genes estructurales han digerido a la lactosa en galactosa y glucosa, lo que disminuye la concentración de lactosa; y por lo tanto, la molécula represora, al no encontrar lactosas libres para pegarse, se vuelve a unir al operador, apagándolo. Este sistema, como vemos, es negativo y el inductor, el elemento que provoca la reacción en cadena es, en este caso, la lactosa.

Los principales elementos que constituyen un operón son los siguientes:

Los genes estructurales: llevan información para polipéptidos. Se trata de los genes cuya expresión está regulada. Los operones bacterianos suelen contener varios genes estructurales, son poligénicos o policistrónicos. Hay algunos operones bacterianos que tienen un solo gene estructural. Los operones eucarióticos suelen contener un sólo gen estructural siendo monocistrónicos.

El promotor (P): se trata de un elemento de control que es una región del ADN con una secuencia que es reconocida por la ARN polimerasa para comenzar la transcripción. Se encuentra inmediatamente antes de los genes estructurales. Abreviadamente se le designa por la letra P.

El operador (O): se trata de otro elemento de control que es una región del ADN con una secuencia que es reconocida por la proteína reguladora. El operador se sitúa entre la región promotora y los genes estructurales. Abreviadamente se le designa por la letra O.

El gen regulador (i): secuencia de ADN que codifica para la proteína reguladora que reconoce la secuencia de la región del operador. El gen regulador está cerca de los genes estructurales del operón pero no está inmediatamente al lado. Abreviadamente se le denomina gen i.

Proteína reguladora: proteína codificada por el gen regulador. Está proteína se une a la región del operador.

Inductor: sustrato o compuesto cuya presencia induce la expresión de los genes.