¿quØ es un gen? -...
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¿Qué es un gen?
• Es una secuencia de nucleótidos en lamolécula de ADN, equivalente a una unidadde transcripción.
• Contiene la información, a partir de la cual sesintetiza un polipéptido, una enzima, unácido ribonucleico: mensajero, detransferencia o ribosomal.
• En el genoma humano la mayoría de losgenes son únicos y se expresan en formaindependiente. Los genes segregan cuandoocurre la meiosis.
EXPRESION GÉNICA
Flujo deinformación
genética en lacélula eucariotica]
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MODELO OPERÓN
Jacob, Monod y colaboradores analizaron el sistema dela lactosa en E. coli, de manera que los resultados desus estudios permitieron establecer el modelo genéticodel Operón que permite comprender como tiene lugar laregulación de la expresión génica en bacterias. Jacoby Monod recibieron en 1965 el Premio Nobel pos estasinvestigaciones
Francois JacobJacques Monod
Son pequeñosfragmentos
circulares de ADN,además de su
cromosomaprincipal, contienen
de 2 a 30 genes.Algunos tienen la
capacidad paraincorporarse o salir
del cromosomabacteriano
Se denomina episoma aun plásmido incorporadoal cromosoma bacteriano.Los plásmidos sereplican en manerasimilar al cromosomabacteriano.
El ADN procariota se organizaen paquetes coherentesdenominados OPERONES, enlos cuales se encuentran losgenes para funcionesinterrelacionadas.
El modelo operón de la regulación delos genes procariotas fue propuesto en1961 por Francois Jacob y JacquesMonod
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MODELO OPERON
Un Operón es grupo de genes estructuralescuya expresión está regulada por elementosde control o genes (promotor y operador) ygenes reguladores
El promotor es la parte del ADN en donde sepega la ARN polimerasa antes de abrir elsegmento de ADN a ser transcripto
Un segmento del ADN que codifica para unpolipéptido específico se conoce como un genestructural.
Un operón consiste en:
un operador: controla el acceso de la ARNpolimerasa al promotor
un promotor: donde la ARN polimerasa reconoce elsitio de inicio de la transcripción
un gen regulador: controla el tiempo y velocidad detranscripción de otros genes
un gen estructural: codifican las enzimasrelacionadas o las proteínas estructurales
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El gen regulador codifica para una proteína quese pega al operador, obstruyendo al promotor (ypor lo tanto a la transcripción), del genestructural.
Cuando se remueve la proteína represora,puede producirse la transcripción.
El operador y el promotor son sitios deunión sobre el ADN y no se trasncriben.
Los operones son
inducibles o
reprimibles,
de acuerdo al mecanismo decontrol
OPERONES INDUCIBLES
El Operón lactosa, que abreviadamente sedenomina Operón lac, es un sistemainducible.
La proteína reguladora, producto del genregulador , es un represor que impide laexpresión de los genes estructurales enausencia del inductor.
El inductor en este caso es la lactosa
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Cuando hay lactosa en el medio (intestinosde un mamífero durante la lactancia),
ésta funciona como inductor, se une alrepresor cambiando su forma lo que evita
que se pueda unir al operador, de estemodo la polimerasa puede transcribir los
genes correspondientes.
Este operón lac sólo se activa cuando haylactosa en el medio.
Cuando no hay lactosa en el medio,la proteína represora se encuentraunida al operador impidiendo latranscripción de los genes para lasenzimas que metabolizan la lactosa.
Operón lactosa en ausencia delactosa
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En ausencia del inductor (la lactosa),la proteína represora producto delgen i se encuentra unida a la regiónoperadora e impide la unión de laARN-polimerasa a la regiónpromotora y, como consecuencia, nose transcriben los genesestructurales.
Operones reprimibles
Cuando un producto del metabolismo,el triptofano por ejemplo, está encantidades suficientes la bacteriapuede dejar de fabricar las enzimasque los sintetizan.
En este sistema, el producto funcionacomo correpresor uniéndose alrepresor y de este modo detiene lasíntesis proteica.
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Operón triptófano: en presencia de triptófano
Operón triptófano: en ausenciade triptófano
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Tanto la represión como la inducción son ejemplos decontrol negativo, dado que la proteína represoradetiene (" turn off ") la transcripción.
La lactosa, el azúcar de la leche, es hidrolizada por laenzima beta-galactosidasa. Esta enzima es inducible:solo se produce en grandes cantidades cuando la lactosa,el sustrato sobre el cual opera, esta presente.
En cambio, las enzimas para la síntesis del aminoácidotriptófano se producen continuamente a menos que eltriptófano este presente en el medio de cultivo, se dice eneste caso que las enzimas sintetizadoras de triptófanoestán reprimidas.
REGULACIÓNEXPRESIÓN GÉNICA
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Existen algunos procesos metabólicos queson necesarios para el funcionamientonormal de casi todas las células, demanera que existen una serie denecesidades básicas para el mantenimientonormal de una célula.
Los genes que codifican para las enzimasnecesarias para el metabolismo básicocelular se están expresandocontinuamente, es decir, se expresan deforma constitutiva o continua.
Los genes constitutivos codificanpara sistemas enzimáticosconstitutivos, que se necesitansiempre para la actividad normalde la célula.
Frente a los genes constitutivos, nosencontramos con los genes que se expresansolamente en determinadas situaciones yque, por consiguiente, codifican paraenzimas que solamente se necesitan enmomentos concretos.
A este tipo de genes se les llama genesadaptativos y a las enzimas codificadas porellos, sistemas enzimáticos adaptativos. Sedenominan así pensando en que se expresancuando la célula se adapta a una determinadasituación ambiental.
CONTROL POSITIVO Y CONTROLNEGATIVO
Control positivo: Se dice que un sistemaestá bajo control positivo cuando el productodel gen regulador activa la expresión de losgenes, actúa como un activador.
Control negativo: se dice que un sistemaestá bajo control negativo cuando el productodel gen regulador reprime o impide laexpresión de los genes, actúa como unrepresor.
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REPASAMOS........
Los principales elementos que constituyen un operónson los siguientes:
•Los genes estructurales: llevan información parapolipéptidos. Se trata de los genes cuya expresiónestá regulada.
• Los operones bacterianos suelen contener variosgenes estructurales, son poligénicos o policistrónicos.Hay algunos operones bacterianos que tienen un sologene estructural.
•Los operones eucarióticos suelen contener un sólogen estructural siendo monocistrónicos.
•El promotor (P): se trata de un elemento de control quees una región del ADN con una secuencia que esreconocida por la ARN polimerasa para comenzar latranscripción. Se encuentra inmediatamente antes de losgenes estructurales. Abreviadamente se le designa por laletra P.
•El operador (O): se trata de otro elemento de control quees una región del ADN con una secuencia que esreconocida por la proteína reguladora. El operador sesitúa entre la región promotora y los genes estructurales.Abreviadamente se le designa por la letra O.
•El gen regulador (i): secuencia de ADN que codifica parala proteína reguladora que reconoce la secuencia de laregión del operador. El gen regulador está cerca de losgenes estructurales del operón pero no estáinmediatamente al lado. Abreviadamente se le denominagen i.
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Los tres genes estructurales del operónlactosa se transcriben juntos en un mismoARNm, es decir que los ARN mensajerosde bacterias suelen ser policistrónicos,poligénicos o multigénicos.
Sin embargo, en eucariontes losmensajreos suelen sen monocistrónicos omonogénicos, es decir, corresponden a latranscripción de un solo gen estructural
Operón lactosa: ARNm multigénico o policistrónico
Operón lactosa: ARNmmultigénico opolicistrónico
EL OPERÓN TRIPTÓFANOEl operón triptófano (operón trp) es unsistema de tipo represible, ya que elaminoácido triptófano (Correpresor) impide laexpresión de los genes necesarios para supropia síntesis cuando hay niveles elevadosde triptófano.
Sin embargo, en ausencia de triptófano o aniveles muy bajos se transcriben los genesdel operón trp.En el siguiente esquema se indican los elementosdel Operón Triptófano
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En ausencia de triptófano, o cuandohay muy poco, la proteína reguladoraproducto del gen trpR no es capaz deunirse al operador de forma que la ARN-polimerasa puede unirse a la regiónpromtora y se transcriben los genesdel operón triptófano
Operón triptófano: en ausenciade triptófano
En presencia de triptófano, el triptófanose une a la proteína reguladora o represoracambiando su conformación, de maneraque ahora si puede unirse a la regiónoperadora y como consecuencia la ARN-polimerasa no puede unirse a la regiónpromotora y no se transcriben losgenes estructurales del operón trp.