Gen estructural

Qué es un gen estructural y contexto histórico

La distinción entre genes estructurales y genes reguladores nació con el modelo del operón, propuesto por François Jacob y Jacques Monod en 1961 para explicar cómo la bacteria Escherichia coli regula la producción de las enzimas necesarias para metabolizar la lactosa. Jacob y Monod identificaron un grupo de genes que codificaban directamente esas enzimas (lacZ, lacY y lacA), y los denominaron genes estructurales. Junto a ellos, describieron un gen cuyo producto, la proteína represora, no participaba en el metabolismo de la lactosa sino que controlaba si los genes estructurales se transcribían o no. Ese gen recibió el nombre de gen regulador. El trabajo les valió el Premio Nobel de Fisiología o Medicina en 1965.

Desde el punto de vista etimológico, «estructural» procede del latín structūra (de struĕre, «construir», «disponer»), y en este contexto alude a que el producto del gen constituye una pieza con función ejecutiva dentro de la maquinaria celular, no un mero interruptor de la expresión génica.

Tipos de productos codificados

Los genes estructurales pueden codificar productos de naturaleza muy diversa. Las proteínas enzimáticas catalizan las reacciones del metabolismo: la lactasa que hidroliza la lactosa, la hexoquinasa que fosforila la glucosa o la ADN polimerasa que copia el material genético son, todas ellas, productos de genes estructurales. Otras proteínas no actúan como catalizadores, sino como componentes de soporte: el colágeno que confiere resistencia al tejido conectivo, la queratina del cabello y las uñas, o la actina y la miosina que permiten la contracción muscular.

También entran en esta categoría los genes que codifican proteínas de transporte, como las subunidades de la hemoglobina (responsables de transportar oxígeno en la sangre), y los genes cuyos productos son moléculas de ARN funcional que nunca se traducen a proteína: ARN ribosómico, ARN de transferencia y diversos ARN reguladores no codificantes.

El gen estructural dentro del operón bacteriano

En bacterias, los genes estructurales de una misma ruta metabólica suelen agruparse en un operón, bajo el control de un único promotor y un operador. Esa organización permite que la célula active o desactive de una sola vez toda la maquinaria enzimática de una vía, sin gastar recursos cuando no los necesita. El operón lac de E. coli y el operón trp (implicado en la síntesis del aminoácido triptófano) son los ejemplos clásicos de esta arquitectura.

En eucariotas la situación es distinta. Los genes que participan en una misma ruta metabólica pueden ocupar cromosomas diferentes y se regulan de manera individual, sin la agrupación física del operón. Cada gen posee su propio promotor y sus propias secuencias reguladoras, lo que añade una capa de complejidad a la coordinación de la expresión génica.

Preguntas frecuentes

¿Todo gen que codifica una proteína es un gen estructural?

En el sentido estricto del modelo de Jacob y Monod, sí: cualquier gen cuyo producto desempeña una función directa en el metabolismo o la arquitectura celular se clasifica como estructural. En la práctica, no obstante, la frontera con los genes reguladores se difumina, porque muchos genes codifican proteínas que cumplen simultáneamente funciones ejecutivas y reguladoras.

¿El término se usa con la misma frecuencia que en los años sesenta?

Ha perdido protagonismo. La genética molecular contemporánea tiende a clasificar los genes por la familia proteica de su producto, por su perfil de expresión o por su asociación con enfermedades, más que por la dicotomía estructural/regulador que resultaba natural en el contexto del operón bacteriano. Aun así, el concepto sigue apareciendo en los textos de biología molecular y en la descripción de operones.

¿Cuál fue el primer gen estructural estudiado en detalle?

El gen lacZ, que codifica la enzima beta-galactosidasa en Escherichia coli. Fue uno de los tres genes estructurales del operón lac que Jacob y Monod caracterizaron en sus experimentos originales de 1961. La beta-galactosidasa sigue utilizándose hoy como herramienta de laboratorio (gen reportero) en multitud de protocolos de biología molecular.

Referencias

1. National Library of Medicine. What is a gene? MedlinePlus Genetics.
2. National Human Genome Research Institute (NHGRI). Gene. Talking Glossary of Genomic and Genetic Terms.
3. Instituto Nacional del Cáncer (NCI). Definición de gen. Diccionario de genética del NCI.
4. National Library of Medicine. Genes. MedlinePlus Medical Encyclopedia.