Todas las células de un organismo pluricelular, excepto los gametos, poseen la misma información genética. Ahora bien, no todos los genes se encuentran activos durante el ciclo celular. Muchos genes no actúan nunca y otros actúan sólo en determinados momentos, pudiendo permanecer durante largos periodos de tiempo inactivos. Es el ARNm sintetizado el que regula las enzimas que van a actuar.

Modelos de regulación:

♦ (i) EL OPERON "LAC" (operón lactosa) en la bacteria Escherichia coli

La ß-galactosidasa rompe en la lactosa el enlace O-glucosídico entre la galactosa y la glucosa . Si no hay lactosa en el medio, E. coli apenas dispone de unas pocas moléculas de enzima; pero si añadimos lactosa al medio, al cabo de unos pocos minutos los niveles de ß-galactosidasa suben hasta alcanzar las 5000 moléculas por célula, aprox. (→ efecto glucosa) (MONOD, 1947). Aparecen además otras dos enzimas: la ß-galactósido-permeasa que facilita la absorción de la lactosa a través de la membrana plasmática de la célula y la ß-galactósido-transacetilasa, necesaria tb. para el metabolismo de la lactosa.

JACOB y MONOND interpretaron estos resultados planteando la hipótesis del operón → la act. de varios genes que codifican enzimas relacionadas entre sí (→ genes estructurales) es desencadenada por la acción de un gen operador, contiguo a los genes estructurales en la molécula de ADN. [Los genes estructurales + el gen operador] → operón.

Si el gen operador se encuentra libre, los genes estructurales se transcriben. A su vez, el gen operador está controlado por un gen regulador, que puede estar situado lejos del operón. Este gen va a sintetizar un ARNm que servirá para la síntesis de una proteína → el represor. Si el represor se encuentra activo se unirá al gen operador inhibiéndolo, con lo que los genes estructurales no se transcribirán.

El operón LAC (operón lactosa) en E. coli consta de un gen regulador y tres genes estructurales (que codifican la ß-galactosidasa, la permeasa y la transacetilasa, resp.). Junto al primer gen estructural está el promotor (donde se fija la ARN-poliemerasa) y el operador (donde se fija el represor).

- Si no hay lactosa en el medio, el gen regulador se traducirá en el represor, con dos centros activos. Por uno de ellos se une al gen operador inhibiendo la síntesis de los ARNm codificados por los genes estructurales.

- Si hay lactosa, el otro centro activo del represor se une a la lactosa. Ésta, por inducción enzimática,
cambiará la estructura del represor, inactivándolo e impidiendo que pueda unirse al gen operador. Así, la ARN-polimersa no encuentra osbtánculos y los genes estructurales se transcribirían produciéndose la síntesis de las tres enzimas que metabolizan la lactosa en E. coli.

♦ (ii) LOS OPERONES REPRIMIBLES (→ represión enzimática o represión por producto final)

Es el caso de la regulación de los genes responsables de los procesos de síntesis.
Supongamos que la célula necesita producir una determinada cantidad de una sustancia A (que no haya un exceso ni que falte). Supongamos tb. que para sintetizar A se necesitan tres enzimas: a, b y c. En estos casos, el represor del gen operador se encuentra inactivo, permitiendo que los genes a, b y c se transcriban y que A se sintetice.
Cuando A alcanza unos niveles elevados, actúa como correpresor, y se une al represor, activándolo. El complejo represor-correpresor activo se une al operador y los genes estructurales a, b y c no se transcriben. Esto hace descender la cantidad de A, con lo que el represor vuelve a estar inactivo, los genes estructurales vuelven a traducirse y vuelve a sintetizarse A. De esta manera la célula mantiene la cantidad de A entre ciertos límites (→ efecto termostato).

♦ (iii) CONTROL DE LA SÍNTESIS PROTEICA POR AMPc

El AMPc se forma a partir del ATP por la adenilato-ciclasa:

     _{adenilato ciclasa}
ATP   -----→   AMPc  +  PPi

Para actuar, el AMPc necesita de la proteína activadora del catabolito (CAP). El complejo CAP-AMPc tiene una gran afinidad por el promotor; sin su presencia, la ARN-polimerasa tiene dificultades para asociarse al promotor. Cuando aumenta el nivel de glucosa, disminuye el nivel de AMPc, y no se forma el complejo CAP-AMPc, por lo que no se producen las enzimas para el metabolismo de la lactosa (esto explica el "efecto glucosa", que no aclaraba el modelo del operón). Así, pues, sólo cuando se agota la glucosa, y además hay lactosa, la bacteria produce las enzimas nec. para metabolizara dicha lactosa.

 ♦ (iV) CONTROL DE LA EXPRESIÓN GÉNICA EN EUCARIONTES

Las hormonas provocan en las células de los org. pluricelulares respuestas similares a las que el sustrato provoca en bacterias. Hay seg. de ADN fuertem. condensados que no se expresan, mientras que los que están extendidos son los que se transcriben. Según las zonas que quedan condensadas aparece, durante el desarrollo embrionario, la diferenciación celular y la organogénesis.
Según el tipo de célula, habrá unos receptores de membrana u otros, y, por lo tanto, sólo unas serán célula diana respecto a unas hormonas determinadas.

El control de la expresión génica debida a hormonas difiere según se trate de hormonas lipídidas (esteroideas) o proteicas (ir a hormonas).