Operón lac

El operón lac es un operón requerido para el transporte y metabolismo de la lactosa en la bacteria Escherichia coli, así como en algunas otras bacterias entéricas. Presenta tres genes estructurales adyacentes, un promotor, un regulador y un operador. El operón lac es regulado por varios factores, incluyendo la disponibilidad de glucosa y de lactosa. La regulación génica del operón lac fue el primer mecanismo regulatorio de la expresión genética en ser elucidado, y es utilizado a menudo como un ejemplo clásico de la regulación génica en procariotas.

Antecedentes

Hasta el año 1960 se pensaba que todos los moldes necesarios para la síntesis proteíca se encontraban en el RNA ribosómico (rRNA). Sin embargo, los pesos moleculares de las proteínas varían hasta en dos órdenes de magnitud respecto de los pesos de los rRNA (5S, 16S, y 23S). Este hecho fue puesto de manifiesto por François Jacob y Jacques L. Monod, quienes ya predijeron la existencia del RNA mensajero (mRNA), el cual se sintetizaría a partir de un DNA molde.

Jacob y Monod decidieron estudiar la degradación de la lactosa en E. coli, de la cual se sabía que estaba controlada por tres enzimas cuyos genes se encuentran adyacentes en el cromosoma bacteriano. Una de estas enzimas era la β-galactosidasa, que hidroliza la lactosa. Cuando cultivaban bacterias en glucosa como fuente de carbono podían observar cómo la concentración de β-galactosidasa era muy baja. Al sustituir glucosa por lactosa se observaba un rápido aumento en los niveles de β-galactosidasa y de las otras dos enzimas. Al retirar de nuevo la lactosa, los niveles de las tres enzimas disminuían rápida y drásticamente. Este hecho sugería que los moldes para la síntesis de estas enzimas eran muy inestables, sintetizándose y degradándose rápidamente, lo cual no encajaba con la elevada estabilidad de los rRNAs.

Tras analizar numerosos mutantes de E. coli que presentaban un control defectuoso en la inducción de estas enzimas (inducción en ausencia de lactosa, no inducción en presencia de lactosa,...) propusieron la existencia de un represor que, uniéndose a una secuencia operadora específica del DNA, regularía la concentración de mRNA.

Todos estos estudios, junto a los realizados por André Lwoff con el bacteriófago λ, permitieron a Jacob y Monod proponer en 1961 una hipótesis unificadora para la regulación génica, llamada posteriormente modelo del operón. Dicho modelo proponía la existencia de represores capaces de unirse a operadores en la secuencia del DNA, los cuales controlaban así la síntesis del mRNA. El mRNA sería una copia complementaria de la secuencia del DNA que codificaba una o varias proteínas (según si hubiera uno o más genes). Al conjunto de genes contiguos más los elementos reguladores que controlan su expresión se le denominó operón.

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