regulación de la expresióngénica en procariontes

Universidad de Carabobo Facultad de Ciencias de la Salud - Núcleo

Aragua Escuela de Medicina Dr. Witremundo

Torrealba Departamento de Bioquímica

Jorge Urbina

Kevin Vela Maracay, marzo de 2014

Explicar en forma general cómo se lleva a cabo el control de la expresión genética en procariontes

Control transcripcional, Proteínas Reguladoras, activadoras y represoras.Genes estructurales. Modelo OperónSistema inducción –represión,Represión por catabólico

Control de la expresión genética

•  La expresión génica es el fenómeno que incluye la transcripción de un gen en ARNm y su posterior traducción a proteína.

•  Interviene en el control de la síntesis de proteínas.

Control transcripcional•  La expresión génica se puede controlar en las etapas

de Transcripción, y Traducción

•  la transcripción a menudo se controla en la fase de iniciación

REGULACIÓN DE LA EXPRESIÓN GÉNICA

• Genes constitutivos: se expresan siempre • Genes regulados: sólo se transcriben y

traducen cuando y donde se necesitan (hay una influencia ambiental)

o Regulación ¿cuándo?: transcripción, estabilidad

del RNA, traducción

REGULACIÓN EN PROCARIONTES: LOS OPERONES

Modelo del Operón•  Fue publicado En 1961 en un artículo firmado por

Jacob y Monod, titulado “Genetic regulatory mechanisms in the synthesis of proteins.” en la revista Journal of Molecular Biology. 

•  Por sus descubrimientos ganaron el premio Nobel de medicina en 1965 junto con André Lwoff

Francois Jacob Jacques Monod André Lwoff

•  Una tarde de domingo en el mes de julio de 1958 viendo una película en un cine con su mujer, nos cuenta Jacob en su autobiografía lo siguiente: 

•  “Cierro los ojos, atento a algo extraordinario que me está pasando. Una excitación brusca mezclada de un placer confuso me invade. Y súbitamente, un relámpago. El deslumbramiento de la evidencia. ¿Cómo no lo había pensado antes? La experiencia de conjugación hecha con Élie sobre el fago, la inducción erótica, y la hecha con Pardee y Monod sobre el sistema lactosa, la experiencia PAJAMA, son las mismas. Misma situación. Mismo resultado. Misma conclusión. En ambos casos, un gen gobierna la formación de un producto citoplásmico, de un represor que bloquea la expresión de otros genes, impidiendo en un caso la síntesis de la galactosidasa y en otro la multiplicación del virus. (…) Más aún, ¿dónde puede actuar el represor para poder detener todo a la vez? La única respuesta simple, la única que no hace intervenir una cascada de hipótesis complicadas es: ¡sobre el ADN mismo!”

Que es el Operón•  Unidad de expresión y regulación genética

bacteriana, que incluye genes estructurales y elementos de control en el DNA.

Principales elementos del operón

•  Los genes estructurales. •  El promotor (P). •  El operador (O).  •  El gen regulador (i).  •  Proteína reguladora.

Principales elementos del operón

•  Los genes estructurales. •  El promotor (P). •  El operador (O).  •  El gen regulador (i).  •  Proteína reguladora.

Genes estructurales •  Se denomina así a cualquier gen que codifica un

producto proteico (o ARN)

•  Se asocian con una gran cantidad de estructuras y funciones, incluidas enzimas, proteínas estructurales y proteínas reguladoras

Genes Reguladores•  El gen regulador es el encargado de codificar

proteínas o ARN implicado en la regulación de la expresión de otros genes

Proteínas Reguladoras •  Proteínas Represoras (represor)

Proteínas Reguladoras

Proteínas Activadoras (activador)

Factores de especificidad

•  La ARN polimerasa de procariontes es una enzima formada por cinco clases de subunidades

•  La composición subunitaria de la enzima completa, llamada Holoenzima, es α2 β β’y ω más un factor σ 70.

•  La subunidad σ supone el factor de especificidad de la ARN polimerasa, ya que reconoce al promotor

•  existen diferentes tipos de subunidades sigmas que serán capaces de reconocer a diferentes tipos de promotores.

•  La más común es la subunidad σ70 que interactúa con la mayoría de los promotores que poseen una misma secuencia consenso

•  Pero a veces debido a condiciones excepcionales deben usarse otras subunidades como la σ 32, en momentos en los que la bacteria está sometida a estrés por calor.

•  Cuando esta subunidad sigma está unida a la ARN pol imerasa se dir ige a una ser ie de promotores especializados con una secuencia consenso diferente a la que se encuentra en los promotores que se unen al factor σ70, que dan origen a un conjunto de proteínas para la protección de la célula

Sistema de inducción-represión

•  Sistema que se basa en la capacidad de permitir o no la síntesis de diversas enzimas dependiendo de las condiciones ambientales

•  Inducción: Capacidad para sintetizar ciertas enzimas solamente cuando el sustrato se encuentra presente

•  Represión: Capacidad de impedir la síntesis de ciertas enzimas cuando los productos están presentes

•  La combinación de este sistema con el control positivo y negativo da como resultado cuatro patrones distintos de regulación genética:

•  Tipo 1: Inducible, control negativo (operón lactosa y operón galactosa)

•  Tipo 2: Inducible, control positivo (operón arabinosa y operón maltosa)

•  Tipo 3: Represible, control negativo (operón triptófano y operón histidina)

•  Tipo 4: Represible, control positivo (no se han descrito)

Operón lactosa

Operón lactosa

Operón triptófano

Represión por catabólito•  Cuando la bacteria E. coli crece en un medio que contiene glucosa,

prefiere este azúcar como fuente de energía

•  Como consecuencia los operones que producen las enzimas necesarias para obtener energía de otros azúcares están bloqueados

•  Uno de los catabolitos del metabolismo de la glucosa actúa sobre el AMP cíclico (AMPc).

•  El AMP cíclico (AMPc) es necesario para la transcripción de todos los operones que son inhibidos por el catabolismo de la glucosa

•  Se trata por tanto de un sistema de control positivo

Represión por catabólito

Caso Clínico: Tuberculosis

•   La tuberculosis es una enfermedad causada por bacterias que se propagan por el aire de una persona a otra

•  Bacteria Mycobacterium tuberculosis

•  Estas bacterias por lo general atacan a los pulmones, pero también pueden atacar otras partes del cuerpo como los riñones, la columna vertebral y el cerebro.

•  Si no se trata apropiadamente, la tuberculosis puede ser mortal.

Tratamiento•  En la actualidad, hay 10 medicamentos aprobados por la Administración de

Drogas y Alimentos de los EE. UU. (FDA) para el tratamiento antituberculosis. De estos, los medicamentos de primera elección que son básicos en todo tratamiento contra la tuberculosis son:

•  isoniazida (INH) •  rifampicina (RIF) •  etambutol (EMB) •  pirazinamida (PZA)

Esquema preferidoFase inicial INH, RIF, PZA y EMB* diarios por 56 dosis (8 semanas)Fase de continuación INH y RIF diariamente por 126 dosis (18 semanas) o INH y RIF 2 veces por semana por 36 dosis (18 semanas)

resumenexpresión genética

Regulación

Transcripción

Sistema Inducción- Represión

Proteínas Reguladoras

Represión por catabólico

Factores Ambientales

Glosario•  Operón: Unidad de expresión y regulación

bacteriana, que incluye genes estructurales y elementos de control en el ADN reconocidos por uno o varios productos génicos reguladores

•  El promotor (P):  Región del DNA donde se une la RNA polimerasa para iniciar la transcripción. Se encuentra inmediatamente antes de los genes estructurales

•  Operador: Sitio en el ADN donde se une una proteína reguladora para evitar o inducir que inicie la transcripción en el promotor adyacente

Glosario•  Gen inducible: gen que se activa por la presencia

de su sustrato •  Gen reprimible: gen que se inactiva por la

presencia de su producto •  inductor: Molécula pequeña que dispara la

transcripción genética mediante su unión a una proteína reguladora

•  Correceptor: Molécula pequeña que dispara la represión de la transcripción mediante su unión a una proteína reguladora

FIN