CAPÍTULO 4. CIBERNÉTICA MICROSCÓPICA.
Regulación de la síntesis de las enzimas.
Se entiende por metabolismo esencialmente las transformaciones de las pequeñas moléculas y la movilización del potencial químico. La química celular comprende otro nivel de síntesis: el de las macromoléculas, ácidos nucleicos y proteínas (comprendiendo principalmente las mismas enzimas). Se sabe desde hace tiempo que a este nivel funcionan igualmente sistemas reguladores. El estudio es mucho más difícil que el de las enzimas alostéricas, y de hecho uno solo de ellos ha podido, hasta el presente, ser casi totalmente analizado. Lo tomremos como ejemplo.
Este sistema (llamado sistema lactosa) gobierna la síntesis de tres proteínas en la bacteria Escherichia coli. Una de estaas proteínas (la galactósido - permeasa) pwrmite a los galactósidos penetrar y acumularse en el interior de las células, cuya membrana, en ausencia de estas proteínas, es impermeable a estos azúcares. Una segunda proteína hidroliza los beta galactósidos. La función de la tercera proteína es sin duda menor; no está del todo interpretada. Las dos primeras, por el contrario, son simultáneamente indispensables para la utilización metabólica de la lactosa (y otros galactósidos) por las bacterias.
Cuando éstas crecen en un medio desprovisto de galactósidos, las tres proteínas son sintetizadas a un ritmo apenas mesurable, correspondiendo a una molécula cinco generaciones por término medio. casi inmediatamente (en dos minutos aproximadamente) después de la adición de un galactósido (llamado en esta circunstancia inductor) al medio, el ritmo de síntesis de las tres proteínas aumenta en un factor 1000, y se mantiene este valor mientras el inductor está presente. Si el inductor se retira, el ritmo de síntesis vuelve a su valor inicial en el espacio de dos a tres minutos.
Las conclusiones del análisis de este fenómeno, maravillosa y casi milagrosamente teleonómico, están resumidas por el esquema de la figura 4.
Se excluye aquí la discusión de la parte derecha del esquema que representa las operaciones de síntesis del RNA mensajero y su traducción en secuencias polipeptídicas. Retengamos solamente que el mensajero, pese a teneruna vida muy corta (del orden de algunos minutos), determina por su ritmo de síntesis el ritmo de síntesis de las tres proteínas. Nos interesamos esencialmente por los compuestos del sistema regulador. Éstos comprenden:
- el gen regulador
- la proteína-represor
- el segmento operador del ADN
- el segmento promotor del ADN
- una molécula de galactósido inductor.
El funcionamiento es el siguiente:
a) El gen regulador dirige la síntesis, a ritmo constante y muy débil, de la proteína represor;
b) El represor reconoce específicamente el segmento operador al cual se asocia en un complejo muy estable (correspondiente a una delta de F de 15 Kcal)
c) En este estado la síntesis del mensajero (inplicando la intervención de la enzima RNA polimerasa) está bloqueada, verosímilmente por simple impedimento estérico, ya que el inicio de esta síntesis tiene lugar obligatoriamente a nivel del promotor;
d) El represor reconoce igualmente los beta galactósidos, pero no se asocia firmemente más que en estado libre; en presencia de beta galactósidos, por consecuencia, elcomplejo operador - represor se disoci, permitiendo la síntesis del mensajero, o sea de las proteínas.
Se conoce hoy (en las bacterias) un gran número de sistemas análogos a éste. Ninguno de ellos ha sido, hasta el presente, enteramente "desmontado". Parece muy probable, sin embargo, que la lógica de algunos de estos sistemas sea sea más complicada que la del sistema lactosa, no comportando en especialy de forma exclusiva interacciones negativas. Pero las nociones más generales y más significantes que se pueden extraer del sistema lactosa son válidas también para estos otros sistemas. Estas nociones son las siguientes:
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