8.1 NIVELES DE REGULACIÓN DE LA EXPRESIÓN GENÉTICA.

En las bacterias, 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.

Es esencial que exista un mecanismo de regulación de la expresión génica, de manera que los genes se expresen cuando sea necesario.

Por tanto, 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 demasiado  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.

La estrategia eucariota debe 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, 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.

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. 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.

Este podría ser el nivel más común de regulación. 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.

4._Nivel traduccional.

Este nivel de regulación es el menos conocido. Los mecanismos que lo rigen desempeñan  un papel importante en el almacenamiento, 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, 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. 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. después se eliminan 31 aminoácidos por cortes internos dando la insulina activa.