Operón

Qué es el operón

Acuñado en francés como opéron en un breve artículo de 1960 firmado por Jacob y Monod, el término designa un conjunto de genes vecinos que funcionan como una sola unidad de expresión. No se trata de genes cualesquiera agrupados al azar: comparten un mismo promotor y, casi siempre, participan en la misma ruta metabólica, de modo que la célula puede activarlos o silenciarlos todos a la vez con una sola señal.

Un solo ARN mensajero policistrónico lleva la información de todos los genes del operón. Ribosomas distintos lo traducen en distintos puntos, y de ahí salen varias proteínas a partir de un único transcrito, algo que no ocurre en las células con núcleo, donde cada gen suele generar su propio ARN mensajero.

La arquitectura del operón

Tres piezas componen la estructura básica. El promotor es la secuencia donde se une la ARN polimerasa para iniciar la transcripción. El operador, situado junto al promotor o superpuesto a él, es el punto donde se fija una proteína reguladora, sea un represor o un activador, y funciona como un interruptor. Los genes estructurales, por último, contienen la información de las enzimas que la célula necesita para una función concreta, casi siempre relacionada entre sí.

Fuera de esta unidad, pero necesario para que funcione, hay un cuarto elemento: el gen regulador, que codifica la proteína capaz de unirse al operador. Su ubicación en el genoma es independiente del resto del operón, aunque su producto sea el que decide, en última instancia, si los genes estructurales se transcriben o no.

Operones inducibles y reprimibles

Según cómo responda a las condiciones del medio, un operón se clasifica en inducible o reprimible. El operón lac, el primero descrito, es inducible: en ausencia de lactosa, un represor bloquea el operador y los genes permanecen apagados; cuando aparece lactosa, una forma de este azúcar se une al represor, lo separa del ADN y permite la transcripción. El operón trp, que dirige la síntesis de triptófano, funciona al revés y es reprimible: la célula transcribe sus genes por defecto, y solo los apaga cuando el propio triptófano, actuando como correpresor, se acumula y activa al represor.

Ambos ejemplos ilustran el control negativo, el más estudiado, pero existen también operones bajo control positivo, en los que una proteína activadora, no un represor, decide si la ARN polimerasa accede al promotor.

De la lactosa al Premio Nobel

Antes de 1960 no existía un nombre para este tipo de organización génica, aunque Jacob y Monod ya habían observado desde 1957, junto con Arthur Pardee, que ciertos genes bacterianos se activaban o silenciaban en bloque. De esos experimentos, conocidos como PaJaMo por las iniciales de sus tres autores, salió primero el término y, en 1961, el modelo completo, publicado en el Journal of Molecular Biology. En 1965, la Academia sueca reconoció el hallazgo con el Premio Nobel de Fisiología o Medicina, compartido con André Lwoff.

Operones más allá de las bacterias

La organización en operones es, ante todo, un rasgo de bacterias y otros procariotas; conviene no confundir un operón con un gen aislado, que es la unidad mínima de información hereditaria y puede transcribirse por sí solo, sin depender de genes vecinos. Durante décadas se dio por hecho que los organismos con núcleo carecían de esta forma de organización. Desde principios de los años noventa, sin embargo, se han descrito operones también en algunos eucariotas, como el gusano Caenorhabditis elegans, aunque siguen siendo una excepción frente a la norma bacteriana.

Preguntas frecuentes

¿De dónde viene la palabra operón?

Del francés opéron, acuñado por Jacob y Monod en 1960 para nombrar el conjunto de genes que su equipo había visto comportarse como una sola unidad de regulación.

¿Es lo mismo un operón que un gen?

No. Un gen es una única unidad de información hereditaria; un operón agrupa varios genes bajo el control de un mismo promotor y, en la mayoría de los casos, de un mismo operador. Puede haber operones con dos genes o con más de una decena.

¿Tienen operones las células humanas?

Prácticamente no. Los genes humanos se transcriben, salvo raras excepciones, de manera individual, cada uno con su propio promotor. La organización en operones es propia de bacterias y de un número reducido de organismos eucariotas, entre ellos algunos invertebrados.

¿Qué diferencia hay entre el operón lac y el operón trp?

El primero se activa cuando aparece el azúcar que sus genes van a metabolizar; el segundo se desactiva cuando se acumula el aminoácido que sus genes fabrican. Uno responde a la presencia de un sustrato, el otro al exceso de un producto final.

Referencias

1. Operon. Wikipedia
2. Regulación de genes procariotas. LibreTexts en español
3. Regulación génica: teoría de operones. LibreTexts en español
4. Jacques Monod. Wikipedia