En las bacterias, a pesar de ser organismos unicelulares,
también es necesario regular la expresión de los genes adaptándola a las
necesidades ambientales. Existen enzimas capaces de introducir cada uno de
estos azúcares en la bacteria y enzimas capaces de romperlos para
obtener energía.
Lógicamente, sería un despilfarro
energético producir simultáneamente todos los enzimas necesarios 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 tanto, es esencial que exista un mecanismo de regulación de la expresión
génica, de manera que los genes se expresen cuando sea necesario.
Por eso, la complejidad de los organismos emerge de una regulación de
la expresión génica cada vez más elaborada y no de cambios o mutaciones en
los genes estructurales o enzimáticos: la secuencia de las proteínas se
conserva mucho a través de distintas especies, sin cambios importantes mientras
que los cambios en el orden de los elementos del promotor o de sus elementos
reguladores provocan alteraciones drásticas.
En cambio, la estrategia
eucariota ha de ser distinta puesto que en los organismos
pluricelulares donde el medio intercelular es relativamente constante, el
control génico está al servicio de la especialización celular. Así, nos
encontramos con genes que no responden a cambios fisiológicos y otros que
sufren un fuerte control como consecuencia del desarrollo, de la organización
de células en tejidos, y de los tejidos en organismos completos.
Así, los mamíferos son muy diferentes, pero sus ORF son parecidas; en
cambio, la divergencia de secuencia en las ranas es muy alta a pesar de que
forman un grupo bastante homogéneo.
Las diferentes posibilidades
de regulación de la expresión génica en organismos eucariotas son:
La genómica indica:
·
El número de genes no varía mucho entre las especies: los vertebrados
tienen como mucho el doble de genes que los invertebrados;
·
El número de genes no sirve para explicar la diversidad evolutiva por
mutación o duplicación génica;
·
La variabilidad de los genes se debe a la duplicación de genes en vez de la
creación de genes nuevos.
·
La complejidad evolutiva se correlaciona con el aumento de genes
reguladores: en las levaduras hay un gen regulador por cada 20 funcionales,
pero en humanos hay más de 3 000 reguladores para unos 30 000 genes
1._Nivel de cromatina.
La cromatina está
constituida por el DNA enrollado alrededor de una serie de nucleosomas,
empaquetada más relajada en las regiones que contienen genes activos. Además de
los cambios generales que ocurren en las regiones activas o potencialmente
activas, ocurren cambios estructurales en sitios específicos asociados con la
iniciación de la transcripción o con determinadas características estructurales
del DNA. Estos cambios se detectaron por primera vez gracias a los efectos de
la digestión con concentraciones muy débiles de la enzima DNAsa I.
Muchos de los sitios
hipersensibles están relacionados con la expresión génica. Cada gen activo
tiene su sitio en la región del promotor y a veces más de un sitio. La mayoría
de los sitios hipersensibles se encuentran solamente en la cromatina de las células
en las cuales se está expresando el gen asociado; no se encuentran cuando
el gen está inactivo. Se asume que un sitio hipersensible es el resultado de la
unión de proteínas reguladoras específicas que excluyen los nucleosomas. Los
factores de transcripción pueden generar sitios hipersensibles asociados a la
transcripción.
2._Nivel
transcripcional.
La transcripción de un
gen en estado activo está controlada en la iniciación por la
interacción de la RNA polimerasa con su promotor. En la mayoría de los genes,
éste es el punto de control más importante.
Probablemente sea el
nivel más común de regulación. Hasta el momento no existen evidencias de
control en otras etapas de la transcripción en las células eucariotas, como por
ejemplo, mediante mecanismos de antiterminación. La regulación de la
transcripción de un gen específico de tejido es la base de la diferenciación
eucariota, como por ejemplo, las proteínas que regulan el desarrollo
embrionario que no son más que factores de transcripción.
3._Nivel
postranscripcional.
A nivel
postranscripcional, la regulación de la expresión de los genes eucariotas se
subdivide en:
Splicing diferencial.
Diferentes sitios de poliadenilación.
Estabilidad de los mRNA.
Almacenamiento de los mRNA.
Existen varias formas
alternas de splicing mediante las cuales, a partir de un mismo gen, se obtiene
una variedad de productos proteicos. Un sitio de splicing puede permanecer
constante y el otro variar.
4._Nivel traduccional.
Este nivel de regulación
es el menos conocido de todos. Parece ser que los mecanismos que lo rigen
juegan un papel importante en el almacenamiento recién estudiado, ya que la
traducción depende de la liberación de los mRNAs, aún cuando el almacenamiento
sea breve. Tampoco todos los mRNAs que llegan al citoplasma se traducen en
proteínas.
A veces se
encuentran mRNAs que dirigen la síntesis proteica in vitro, aunque sus
proteínas correspondientes no se sintetizan en las células de las cuales se
obtuvo el mRNA. La posibilidad de que un mRNA sea traducido en auténticas
proteínas in vitro, demuestra que éste es capaz de funcionar como molde. De
esta manera, su incapacidad de ser traducido in vivo puede tomarse como
evidencia del control traduccional. Debe haber algunos mecanismos in vivo que
eviten la traducción.
5.-Nivel
postraduccional.
Las proteínas recién
sintetizadas pueden sufrir modificaciones postraduccionales que son, a su vez,
una manera de controlar la expresión de los genes en eucariontes. Esta
regulación puede ser cuantitativa o cualitativa.
Se trata de
glicosilaciones, fosforilaciones, acetilaciones, ribosilaciones, etc. Se puede
dar el caso de poliproteínas que sufren cortes, mecanismo que es común en la
síntesis de hormonas peptídicas como la insulina. La insulina está formada por
dos cadenas polipeptídicas. Primeramente se sintetiza una cadena de 86 aminoácidos
que es la preproinsulina. Se elimina el péptido señal y queda la proinsulina
con 62 aminoácidos. Sucede un plegamiento tridimensional de la proinsulina que
está estabilizado por enlaces disulfuros. A continuación se eliminan 31
aminoácidos por cortes internos dando la insulina activa.
Otra vía de control es
la activación de enzimas por cortes proteolíticos. La forma precursora de
muchas enzimas es inactiva. Se activan después de ser cortadas en puntos
específicos como por ejemplo la quimotripsina. La unión de grupos prostéticos a
glicoproteínas y lipoproteínas es otra forma de regulación de la expresión de
los genes en eucariontes a nivel postraduccional.
Bibliografía:
http://med.unne.edu.ar/catedras/bioquimica/expresion.htm
