Operón lac: glicosa, lactosa e dobre control xenético

Que unha bacteria dispoña de lactosa non significa que exprese ao máximo os xenes para utilizala. No modelo clásico do operón lac interveñen dous controis: a represión asociada ao operador e a activación relacionada coa dispoñibilidade de glicosa.

Nesta práctica empregamos condicións e medidas hipotéticas para interpretar eses controis. Non son datos dun cultivo real nin indicacións para manipular microorganismos. O obxectivo é distinguir a presenza dun xene, a súa transcrición e a cantidade dun produto medido.

Dous controis que non se substitúen

O represor lac pode unirse ao operador e dificultar a transcrición. Un derivado da lactosa, a alolactosa, actúa como indutor: ao unirse ao represor, modifica a súa capacidade para bloquear o operador.

Por outra banda, no modelo a baixa dispoñibilidade de glicosa favorece o sinal AMPc e a acción activadora do complexo CAP–AMPc. Esta activación facilita unha transcrición máis intensa cando o bloqueo polo represor se aliviou.

Quitar un freo non equivale a premer o acelerador. A presenza de lactosa pode aliviar a represión, pero unha glicosa abundante mantén baixa a activación por CAP–AMPc. Por iso convén falar de niveis de expresión e non dunha única luz que só teña dous estados perfectos.

Un nivel basal moi pequeno tamén importa. Non interpretamos «reprimido» como unha garantía matemática de cero moléculas de ARN ou proteína. O esquema é unha simplificación de regulación, non un reconto exacto de cada célula.

Primeiro exercicio: interpreta catro condicións

Considera bacterias co sistema regulador funcional. As concentracións do enunciado permiten clasificar cada azucre como presente ou ausente, e comparamos condicións unha vez establecido o estado regulador.

Condición	Lactosa	Glicosa	Nivel de transcrición esperado no modelo
A	Ausente	Presente	Moi baixo
B	Presente	Presente	Baixo, sen activación máxima
C	Ausente	Ausente	Moi baixo
D	Presente	Ausente	Alto

En A falta o indutor e o represor pode bloquear. Ademais, non hai a activación asociada á escaseza de glicosa. Os dous controis son compatibles cun nivel moi baixo.

En B a lactosa permite aliviar a represión, pero a glicosa presente limita a activación por CAP–AMPc. Por iso non identificamos esta condición coa expresión máxima.

En C a escaseza de glicosa pode favorecer o activador, pero falta a lactosa que aliviaría a represión. A activación non elimina automaticamente un represor unido ao operador.

En D combínanse alivio da represión e activación. Esta é a condición de transcrición alta do modelo. A explicación completa nomea ambos controis; responder só «hai lactosa» non distingue D de B.

As etiquetas da táboa son cualitativas. Non permiten calcular cantas moléculas de ARN se producen por minuto nin dicir que dúas condicións «moi baixas» teñen exactamente a mesma taxa.

Segundo exercicio: un represor que non se une ao operador

Unha variante hipotética produce un represor incapaz de unirse ao operador. O promotor, os xenes estruturais e o control CAP–AMPc seguen funcionando. Non cambiamos outras propiedades.

Neste caso desaparece aquel bloqueo, tanto con lactosa como sen ela. Pero non desaparece o control positivo. Se a glicosa é abundante, a transcrición pode continuar por debaixo do nivel que alcanzaría coa activación por CAP–AMPc.

Se a glicosa é escasa, o activador pode favorecer unha transcrición alta mesmo sen lactosa, porque xa non existe o freo funcional definido no enunciado. A expresión deixa de depender da lactosa do mesmo modo que na primeira táboa.

Non debemos concluír «máxima expresión en todas as condicións». Esa frase confunde a ausencia de represión cunha activación constante que o problema non proporciona.

Como contraste, imaxina un represor que permanece unido ao operador e non responde ao indutor. A lactosa non aliviaría ese bloqueo no modelo. Son dúas alteracións diferentes: incapacidade para unirse e incapacidade para liberarse.

Tampouco podemos deducir o efecto dunha variante calquera só coa palabra «mutación». Precisamos saber que función cambia, como sucede nos dous casos expresamente definidos.

Terceiro exercicio: unha medida de proteína non é unha taxa de transcrición

Un ensaio hipotético mide a actividade total da beta-galactosidase en dúas mostras comparables. Ambas teñen o mesmo número de células e o mesmo procedemento de medida. Obtéñense 4 unidades na primeira e 20 na segunda.

O cociente final é 20/4=5: a segunda mostra presenta cinco veces a actividade medida. O aumento absoluto é 16 unidades e o relativo respecto da primeira é 16/4·100=400%.

Non dicimos que «aumenta un 500%»: esa cifra confundiría o valor final expresado como porcentaxe do inicial co incremento. Esta distinción aritmética é independente da interpretación molecular.

A comparación non demostra por si soa que a taxa instantánea de transcrición sexa cinco veces maior. A actividade medida pode depender da cantidade de proteína acumulada, da súa estabilidade e das condicións do ensaio. Para estudar ARN ou transcrición farían falta medidas adecuadas.

Se unha mostra tivese cinco veces máis células, a mesma actividade total tería outra interpretación por célula. A igualdade do reconto celular é un control importante do enunciado, non un detalle decorativo.

Presenza do xene, expresión e función

As catro condicións do primeiro exercicio non requiren eliminar nin engadir xenes ao cromosoma. Pode cambiar a expresión mantendo a mesma secuencia de ADN. A regulación permite responder ao medio sen converter cada cambio ambiental nunha mutación.

Igualmente, detectar ARN non proba automaticamente que exista a mesma cantidade dunha proteína funcional. Transcrición, tradución, estabilidade e actividade son niveis diferentes. Os exercicios separan eses niveis para que a conclusión non vaia máis lonxe ca evidencia.

Consulta a guía de Bioloxía para Galicia para situar a expresión xénica. Na libreta de erros podes anotar que control esqueciches ou que magnitude confundiches nunha táboa.

Fonte conceptual: OpenStax, regulación xénica procariota. As variantes reguladoras e os valores do ensaio son modelos orixinais desta actividade.

Preguntas frecuentes

A lactosa por si soa garante a transcrición máxima do operón lac?

Non. No modelo tamén importa a activación asociada á baixa dispoñibilidade de glicosa.

Un represor incapaz de unirse ao operador elimina todos os controis?

Non. Elimina ese bloqueo, pero pode conservarse o control positivo por CAP–AMPc.

Cinco veces máis actividade dun encima significa cinco veces máis transcrición instantánea?

Non necesariamente. A actividade medida e a taxa de transcrición son magnitudes diferentes e requiren evidencias distintas.

Xustifica cada fila con dous controis

Volta á primeira táboa e escribe unha frase para o represor e outra para o activador en cada condición. Despois modifica só a capacidade de unión do represor e comproba que parte do razoamento permanece igual.

Para ampliar a práctica, consulta Bioloxía para Galicia, coa información actual de contido, prezo e condicións de compra. O modelo desta páxina non substitúe as instrucións específicas da túa convocatoria.