Biología - Eldra Solomon, Linda Berg, Diana Martin - 9 Edición-comprimido-344

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310 Capítulo 14 
de lactosa. Si la lactosa se encuentra en el medio de crecimiento, algunas 
moléculas entran en la célula y se convierten en alolactosa por las po-
cas moléculas de β-galactosidasa presentes. La unión de una molécula 
de alolactosa al represor altera la forma de la proteína, de manera que su 
sitio de unión al ADN ya no reconoce al operador. Cuando las molécu-
las represoras tienen alolactosa unidas a ellas y por lo tanto se inactivan, 
la ARN polimerasa transcribe activamente los genes estructurales del 
operón.
La célula de E. coli continúa produciendo β-galactosidasa y las 
otras enzimas del operón lac hasta que se consume prácticamente 
toda la lactosa. Cuando el nivel intracelular de la lactosa cae, también 
lo hace la concentración de alolactosa. Por lo tanto, la alolactosa se 
disocia de la proteína represora, que luego asume una forma que le 
permite al represor unirse a la región del operador y cerrar la trans-
cripción del operón.
Jacob y Monod aislaron mutantes genéticos
para el estudio del operón lac
¿Cómo explicaron Jacob y Monod el funcionamiento del operón lac? Su 
método implicó el uso de cepas mutantes, que continúan siendo en la 
actualidad una herramienta esencial para los investigadores que inten-
tan desentrañar los componentes de los distintos sistemas de regulación 
génica. Los cruces genéticos de cepas mutantes les permiten a los in-
vestigadores determinar las posiciones en el mapa (orden lineal) de los 
genes en el ADN, e inferir las funciones normales del gen estudiando 
lo que sucede cuando se están perdiendo o alterando. Los investigado-
res suelen combinar esta información con los resultados de los estudios 
bioquímicos directos.
Jacob y Monod dividieron sus cepas mutantes en dos grupos, en fun-
ción de si una mutación particular afectó sólo a una enzima o, a las tres 
(FIGURA 14-3). En un grupo, sólo una enzima de las tres, β-galactosidasa, 
lactosa permeasa, o galactósido transacetilasa, resultó afectada. Posterio-
res estudios de mapeo de genes mostraron que éstas fueron mutaciones 
en los genes estructurales localizados uno junto al otro en una secuencia 
lineal (adyacentes).
Jacob y Monod también estudiaron mutantes reguladores en los 
que una sola mutación afectaba la expresión de las tres enzimas. Algunos 
de los mutantes reguladores transcribieron los genes estructurales del 
operón lac a una velocidad signifi cativa, incluso en ausencia de lactosa, 
haciendo que la célula perdiera energía en la producción de enzimas in-
necesarias. Un grupo de estas mutaciones tenían posiciones en el mapa 
genómico afuera del operón lac. Jacob y Monod formularon la hipótesis 
de la existencia de un gen represor que codifi ca para una molécula re-
presora (más tarde resultó ser una proteína). Aunque el defecto espe-
cífi co puede variar, los miembros de este grupo de mutantes producen 
represores defectuosos, por lo que ningún enlace para el operador lac y 
el promotor tienen lugar, y el operón lac se expresa constitutivamente.
En cambio, algunos mutantes reguladores fracasaron en transcribir 
el operón lac incluso cuando la lactosa estaba presente. Los investiga-
dores encontraron que fi nalmente cada uno de estos genes anormales 
codifi ca para un represor con un sitio de unión anormal que impide a la 
alolactosa formar enlaces, aunque el represor aun podría unirse al ope-
rador. Una vez unido al operador, se mantuvo unido como un represor 
mutante, manteniendo el operón “desactivado”.
Los genes responsables de otro grupo de mutantes reguladores te-
nían posiciones del mapa genómico dentro del operón lac, pero no im-
plicaban directamente a ninguno de los tres genes estructurales. Jacob 
y Monod formularon la hipótesis de que los miembros de este grupo 
represor es de expresión constitutiva y por lo tanto, se transcribe en 
forma constante; la célula produce continuamente pequeñas cantidades 
de la proteína represora.
La proteína represora se une específi camente a la secuencia del 
operador lac. Cuando las células crecen en ausencia de lactosa, una 
molécula represora casi siempre ocupa el sitio del operador. Cuando 
el sitio del operador está brevemente libre del represor, la célula sin-
tetiza una pequeña cantidad de ARNm. Sin embargo, la célula sinte-
tiza muy pocas moléculas enzimáticas porque el ARNm de E. coli se 
degrada rápidamente (tiene una vida media de aproximadamente 2 a 
4 minutos).
La lactosa induce o “activa” la transcripción del operón lac, porque la 
proteína represora de lactosa contiene una segunda región funcional (un 
sitio alostérico, vea el capítulo 7) separada de su sitio de unión al ADN.
Este sitio alostérico se une a la alolactosa, un isómero estructural hecho 
Los genes estructurales del operón lac, son 
controlados en forma coordinada y se 
transcriben en la misma cadena de ARNm.
ADN
Promotor Operador
Operón lac
Gen
represor lacZ lacY lacA
ARNm
ARNm
ARNm
Proteína
represora
Ribosoma
Transcripción
Transcripción
Traducción
Traducción
Promotor Operador
Operón lac
Gen
represor lacZ lacY lacA
Inductor
(alolactosa)
ARN
polimerasa
 β-galactosidasa
Lactosa permeasa
Transacetilasa
Proteína
represora
(inactiva)
Precursor de
la proteína represora
Enzimas para el metabolismo de la lactosa
(a) Lactosa ausente. En ausencia de lactosa, una proteína 
represora, codificada por un gen adyacente, se une a una región 
conocida como del operador, bloqueando así la transcripción de 
los genes estructurales.
(b) Lactosa presente. Cuando la lactosa está presente, se 
convierte a alolactosa, que se une al represor en un sitio alostérico, 
alterando la estructura de la proteína por lo que ya no se une al 
operador. Como resultado, la ARN polimerasa puede transcribir 
los genes estructurales.
FIGURA 14-2 Animada El operón lac
PUNTO CLAVE
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	Parte 3 La continuidad de la vida: Genética 
	14 Regulación génica
	14.2 Regulación génica en las bacterias
	Los operones en las bacterias facilitan el control coordinado de genes relacionados funcionalmente
	Jacob y Monod aislaron mutantes genéticos para el estudio del operón lac