La regulacion genica controla cuando, donde y cuanto se expresa cada gen. Permite que celulas con el mismo DNA tengan funciones completamente distintas — una neurona y un hepatocito comparten genoma pero expresan programas diferentes.
Operon lac (Jacob & Monod, 1961): Modelo clasico de regulacion en E. coli. Premio Nobel 1965. Demostro que los genes pueden encenderse y apagarse en respuesta al ambiente.
Regulacion en Procariotas
- Operones: Genes co-regulados bajo un promotor
- lac operon: Inducible por lactosa (catabolico)
- trp operon: Reprimible por triptofano (biosintetico)
- Ventaja: Respuesta rapida (~minutos) a cambios ambientales
Regulacion en Eucariotas
- Enhancers: Actuan a distancia (hasta 1 Mb)
- Silencers: Reprimen transcripcion
- Epigenetica: Cambios heredables sin alterar secuencia
- Combinatoria: Multiples factores = control fino
Experimentos guiados
El operon lac funciona como una compuerta logica AND: solo se expresa cuando hay lactosa presente Y la glucosa esta ausente (bajo cAMP).
Procedimiento
- Condicion basal: sin lactosa, sin glucosa — observa represion por LacI
- Anade lactosa: observa que alolactosa libera al represor
- Anade glucosa (con lactosa presente): observa represion catabolitica (bajo cAMP)
- Construye tabla de verdad: Glucosa/Lactosa → Expresion (Si/No)
Analisis
Verifica que el operon solo alcanza maxima expresion con lactosa y sin glucosa. Esto demuestra la jerarquia metabolica: la bacteria prefiere glucosa sobre lactosa por ser energeticamente mas eficiente.
El tiempo de respuesta a la adicion de inductor (lactosa) depende de la concentracion inicial de represor: mas represor = respuesta mas lenta pero mas estricta.
Procedimiento
- Simula con nivel basal de represor LacI — mide tiempo hasta 50% de expresion maxima
- Aumenta la expresion de LacI (mutante constitutivo del gen lacI)
- Disminuye LacI (delecion parcial) — observa expresion basal "leaky"
- Grafica tiempo de respuesta vs. concentracion de represor
Analisis
Relaciona con el concepto de "ruido" en expresion genica. Un control mas estricto (mas represor) reduce expresion basal pero enlentece la respuesta — hay un trade-off entre precision y velocidad.
Un circuito con feedback positivo (donde el producto del gen aumenta su propia transcripcion) puede generar dos estados estables: completamente ON o completamente OFF.
Procedimiento
- En el operon lac, la permeasa LacY importa mas lactosa → mas induccion
- Comienza con baja concentracion de lactosa externa — ve si el sistema se enciende
- Aumenta gradualmente lactosa — encuentra el umbral de activacion
- Ahora reduce lactosa desde estado activo — encuentra umbral de apagado
Analisis
Si los umbrales de encendido y apagado son diferentes, hay histeresis — el sistema "recuerda" su estado previo. Esto es una forma de memoria celular sin epigenetica.
Este concepto aparece en otras simulaciones
Limitaciones del modelo
- Simplicidad: El modelo lac es ideal; regulacion eucariota es ordenes de magnitud mas compleja
- Estocasticidad: No modela el ruido intrinseco de expresion a nivel de molecula individual
- Cromatina: Omite estructura 3D del genoma y compartimentalizacion nuclear
- Tiempo: No simula la dinamica real (minutos en procariotas, horas en eucariotas)
Preguntas de reflexion
- Por que crees que E. coli desarrolló un sistema tan sofisticado solo para decidir si usar lactosa?
- Si todas tus celulas tienen el mismo DNA, como puede tu cuerpo tener ~200 tipos celulares diferentes?
- Que ventajas y desventajas tiene un sistema de regulacion combinatoria vs. uno simple?
- Como podria un circuito genetico sintetico con feedback positivo ser util en biotecnologia? Piensa en biosensores.