“En el ADN encontramos regiones tan compactadas, que es muy difícil que los genes que están allí se expresen y a esta estructura se le llama heterocromatina. Hay otras regiones, donde el enrollamiento es más laxo y se trata de genes activos en algún momento, es la eucromatina. Bueno, ya vimos un primer nivel de regulación de la expresión.”
Horacio Cano Camacho
Regulación es otra palabra para aprender por estas fechas. Según un diccionario, regular es ajustar el funcionamiento de un sistema para diversos fines. Me gusta esta definición para nuestro propósito, porque los genes son entidades altamente reguladas. De este ajuste depende, en gran medida lo que somos, nuestra salud, nuestras interacciones con el medio.
En una entrega anterior de Cienciario explicamos que la especie humana presenta alrededor de 20 mil genes. Es decir, para construir un humano o humana se requieren todos estos. Pero no se expresan todos al mismo tiempo. La regulación de su expresión, es decir, cuando se prenden y cuando se apagan y por lo tanto cuándo aparecen sus productos, es un proceso controlado espacial y temporalmente: ni todos se expresan al mismo tiempo ni en el mismo lugar. Algunos genes se expresan en una etapa y un solo tejido y nada más, se apagan para siempre, mientras que otros permanentemente están activos…
El ADN es una molécula muy grande, tanto que es mucho mayor que el recipiente que la contiene, el núcleo o toda la célula, en el caso de bacterias. Como el ADN de cada célula es una hebra muy larga, en el caso de humanos de aproximadamente 1.2 metros, se enrolla de manera muy ordenada sobre proteínas a la manera de una hebra de hilo sobre el carrete, aunque es aun más complejo, el hilo (ADN), sale de un carrete y se enrolla en otro, así hasta reducir su tamaño (como un collar de cuentas), y luego se dobla sobre si mismo creando una estructura muy compacta.
En el ADN encontramos regiones tan compactadas, que es muy difícil que los genes que están allí se expresen y a esta estructura se le llama heterocromatina. Hay otras regiones, donde el enrollamiento es más laxo y se trata de genes activos en algún momento, es la eucromatina. Bueno, ya vimos un primer nivel de regulación de la expresión. La organización del ADN que la empaca puede “activar” o “silenciar” porciones enteras de la cadena. Y este nivel de organización es dinámico, cambia dependiendo de las necesidades de la célula.
Ya dijimos que “prender” o “apagar” genes determina la organización, el desarrollo y el funcionamiento de un organismo, de manera que este proceso es crítico. Pensemos por un momento que el ADN es una especie de vía del tren y cada durmiente es un par de nucleótidos que contienen en su acomodo la información (aunque hay que verlo más como una montaña rusa de esas con montones de giros, caídas y curvas peligrosas que como una vía normal).
La maquinaria de proteínas que “lee” el mensaje contenido en la secuencia de durmientes es la ARN Polimerasa, un complejo gigantesco de varias proteínas que reconocen donde comienza un gen, donde termina, y todas las secuencias que lo regulan, y va sintetizando una copia de esa información en forma de ARNm, además de desenrollar la madeja compacta solo por donde va pasando y luego enrollándola por donde ya pasó. Ahora pensemos que ponemos una roca o un vehículo parado sobre la vía. Esto genera un obstáculo que impide el paso de la máquina y por lo tanto no se puede leer el mensaje. El asunto es que ese obstáculo aparece o desaparece como respuesta a las condiciones externas. En el caso de las células, la presencia de factores físicos (luz, temperatura) o químicos (nutrientes, tóxicos, hormonas).
Imaginemos un caso: En las células de las glándulas salivales se produce una proteína cuya función es degradar el almidón de los alimentos. El almidón es un polímero de glucosa y cuando el cuerpo detecta que vamos a comer almidón, de inmediato desbloquea el gen de la amilasa, la sintetiza y la excreta a la saliva, que, por cierto, la salivación, también es regulada por la detección del almidón. De manera que cuando vemos a alguien comiendo papas o churros con chile o nosotros lo vamos a hacer, comenzamos a salivar, precisamente en preparación para la llegada del almidón ya que las harinas y las papas son eso… almidón.
¿Cómo sabe nuestro cuerpo que lo que hay en el producto es almidón? Este es todo un proceso fascinante de comunicación química. Nuestro olfato, la vista, incluso la pura mención de ir a comer papitas, son usados como señales que activan proteínas, es decir, conducen a modificaciones muy ligeras de estas proteínas, llamadas factores de transcripción y como respuesta, estas se despegan de ciertos genes, activándolos, es decir, permitiendo el retiro del bloqueo, pero otras proteínas, por el contrario, se unen a otros genes, apagándolos, o permiten que una proteína se active, se pegue al gen y permita el armado de la ARN Polimerasa (hay varias combinaciones).
Lo mismo podemos decir de una planta que “detecta” la mordida de un insecto a sus hojas. De inmediato se generan señales que desbloquean los genes involucrados en la defensa y por consecuencia se sintetizan sustancias tóxicas que buscan matar o disuadir al comensal. También se desbloquean genes involucrados en producir otras sustancias que activaran otras respuestas lejos de la mordida, incluso en otras plantas vecinas, advirtiendo del ataque y coordinando la respuesta de defensa, Cuando el ataque cesa, esos mismos genes que se activaron, ahora son apagados porque no se les requiere y una célula no gasta energía y recursos en vano…
Esta es la forma más sencilla de regulación de la expresión de los genes, a mi me parece fascinante. Pero hay otras aún mas sorprendentes y sofisticadas, de las que luego nos ocuparemos. Imaginemos como funciona la regulación en el amor, o en el enojo, o el hambre, el sueño, el miedo, la empatía o la antipatía, las adicciones, el sexo, o la respuesta a una enfermedad…
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