regulación de la expresión génica en procariotas · pdf filelas...
TRANSCRIPT
REGULACIÓN DE LAEXPRESIÓN GÉNICA EN
PROCARIOTAS
LOS GENES DE UN ORGANISMO NO SE EXPRESAN TODOS NITAMPOCO CONSTANTEMENTE, EXISTEN MECANISMOS DE
REGULACIÓN
ADN
replicación
transcripción traducción
ProteínaARN
Regulación de la Expresión Génica en Procariotas
La regulación puede darse en la etapa de transcripción o en la traducción
La regulación génica esta relacionada con las necesidadesmetabólicas.
Los genes codifican para proteínas con función relacionadase organizan en grupos (policistronico) y se encuentran bajo un control coordinado.
Las bacterias, a pesar de ser organismos unicelulares,también necesitan regular la expresión de sus genes,adaptándola a las necesidades ambientales.
Regulación de las enzimas implicadas en el metabolismode los azúcares.
Regulación de la Expresión Génica en Procariotas
Cromosoma Bacteriano
El nivel de expresión es regulado por señales ambientales.
La transcripción es regulada por elementos en el DNA y proteínas que interactúan con ellos
Típicamente se regula la etapa de iniciación
REGULACIÓN EN PROCARIOTAS
Las bacterias tienen vías catabólicas para distintas azucares, si se expresaran todas seria un gasto energético enorme e innecesario.
El cambio en la expresión demanda solo unos minutos
REGULACIÓN EN PROCARIOTAS
TRANSCRIPCIÓN Y TRADUCCIÓN ACOPLADA ENPROCARIOTAS
1965 PREMIO NOBEL EN MEDICINA
Francois Jacob
Jacques Monod
REGULACIÓN EN PROCARIOTAS
Describen el Modelo genético del Operon Lactosa
Jacob, Monod y Wollman basado en sus estudios genéticos y bioquímicos sobre las mutaciones de E. coli que requieren lactosa.
OPERÓN
ES UN GRUPO DE GENES ESTRUCTURALES, CUYA EXPRESIÓN ESTÁ REGULADA PORLOS MISMOS ELEMENTOS DE CONTROL (PROMOTOR Y OPERADOR).
ES UNA UNIDAD GENÉTICA DE EXPRESIÓN REGULADA COORDINADAMENTE.
COMPONENTES DEL OPERÓN
P O G E G E G E
PROMOTOR
OPERADOR
GENES ESTRUCTURALES
PROMOTOR: secuencia en el ADN que es reconocida por la ARNpol antes deiniciar la transcripción
OPERADOR: secuencia en el ADN que interacciona con las molecular represoras
GEN ESTRUCTURAL: aquellos que codifican enzimas de una vía metabólica
ELEMENTOS QUE INTERACTÚAN CON EL OPERÓN
GEN REGULADOR (I): codifica para una proteína represora
REPRESOR: proteína reguladora de la expresión génica que al unirse alADN inhibe la transcripción. Ejerce un control negativo .
ACTIVADOR: proteína reguladora de la expresión génica que se une al ADN y promueve la transcripción. Ejerce un control positivo .
MOLECULAS DIFUSIBLES: proteínas reguladoras, efectores e inductores.
P O G E G E G EI
GEN REGULADOR
PROTEINA REGULADORA
OPERÓN LACTOSA
lacZ
lacY
lacAtiogalactósidotransacetilasa(detoxificación)
GENES ESTRUCTURALESOPERÓN LAC
PARTES DEL OPERÓN LAC
OPERÓN LACTOSA: CONTROL NEGATIVO
EL SISTEMA ESTA REPRIMIDO, NO HAY TRANSCRIPCION
OPERÓN LACTOSA: CONTROL NEGATIVO
OPERÓN LACTOSA: CONTROL NEGATIVO
EL SISTEMA ESTA DESREPRIMIDO POR ACCION DEL INDUCTOR
OPERÓN LACTOSA: CONTROL NEGATIVO
MUTANTE GENES ESTRUCUTRALES
Los primeros mutantes que fueron aislados afectaban a los genesestructurales (z, y, a). Los mutantes en estos genes dan lugar aalteraciones en la estructura de las enzimas.• Mutante Z-
• Mutante Y-
• Mutante A-
MUTANTE IS
Afecta al gen de la proteína represora modificando la región de laproteína encargada de unirse al inductor . La proteína represoramutante se une al operador pero no es capaz de reconocer alinductor. Se trata de un mutante que está siempre reprimido en elque no se expresan los genes estructurales. SUPERREPRESOR
MUTANTE DEL PROMOTOR P-
Estos mutantes presentan una alteración en la secuencia de laregión promotora, como consecuencia la ARN-polimerasa noreconoce la secuencia promotora y, por consiguiente, no seproduce la transcripción de los genes estructurales.
EL CONOCIMIENTO DEL OPERON LAC FUE GRACIAS AL ESTUDIO DE MUTANTES QUE AFECTABAN GENES
ESTRUCTURALES, A LOS ELEMENTOS DE CONTROL (PROMOTOR Y OPERADOR) Y AL GEN REGULADOR.
MUTANTES CONSTITUTIVOSSon aquellos en los que siempre se expresan o transcriben los genes del operón
lactosa, independientemente de si está o no presente el inductor
MUTANTE I -Altera la estructura de la proteína represora de manera que ya no escapaz de unirse a la región operadora. Se produce la transcripciónde los genes estructurales en ausencia de inductor (lactosa).
MUTANTEOC
Alteración en la secuencia del Operador, que tiene como consecuenciaque la proteína reguladora ya no sea capaz de unirse aloperador. De esta manera la región promotora queda asequible parala ARN polimerasa y se produce la transcripción de los genesestructurales en ausencia de inductor (lactosa).
MUTANTE IQMutación en el promotor del gen regulador que codifica para laproteína represora (iQ). No aparece proteína represora y, portanto, siempre se están expresando los genes estructurales, tanto enausencia como en presencia del inductor.
TAMBIÉN FUE MUY IMPORTANTE EL ESTUDIO DEL OPERÓN LACTOSAEN BACTERIAS DIPLOIDES PARCIALES O MERODIPLOIDES.
Los PLÁSMIDOS son moléculas de ADN extracromosómico circular o linealque se replican y transcriben independientes del ADN cromosómico.
Están presentes normalmente en bacterias, y en algunas ocasiones enorganismos eucariotas como las levaduras.
En general, no contienen información esencial, sino que confieren diferentesventajas al hospedador. Ej: genes de resistencia a un determinado antibiótico(el plásmido únicamente supondrá una ventaja en presencia de eseantibiótico).
Su tamaño varía desde 3 a 10 kb. El número de plásmidos puede variar,dependiendo de su tipo, desde una sola copia hasta algunos cientos por célula.
OPERÓN LACTOSA: DIPLOIDES PARCIALES OMERODIPLOIDES
EN ESTE EJEMPLO LA DIPLOIDIA SE PRESENTA EN LOS
GENES DEL OPERON LAC Y EN EL GEN REGULADOR
ELEMENTOS QUE ACTÚAN EN CIS
ELEMENTOS QUE ACTÚAN EN CIS
ELEMENTOS QUE ACTÚAN EN TRANS
ELEMENTOS QUE ACTÚAN EN TRANS
GENES ESTRUCTURALES
EJERCIO PRACTICO
Plásmido
Diploides parciales
Expresión de los genes estructurales del Operón lactosa
Ausencia de inductor (Sin lactosa)
Presencia de inductor(Con lactosa)
Genotipo z+ y+ a+ z+ y+ a+
i+ P O z+y+a+/ i+ P OC z+y+a+
i+P O z+y+a+/ i- P O z+y+a+
EJERCICIO PRACTICO
SI SI SI SI SI SI
NO NO NO SI SI SI
OPERÓN LAC: REGULACIÓN POSITIVA
Algunos operones bacterianos poseen promotores débiles querequieren proteínas auxiliares activadoras. La transcripción noocurre (o en todo caso ocurre a un nivel basal bajo), a no ser que laproteína activadora se una a zonas del ADN cercanas al promotor.
Regulación positiva CAP-cAMP
Glucosa Adenilato CiclasaINACTIVA
ATP AMPc
Regulación positiva CAP-cAMP
Glucosa Adenilato CiclasaACTIVA
ATP AMPc
OPERÓN LAC: REGULACIÓN POSITIVA
OPERÓN LAC: REGULACIÓN POSITIVA
OPERÓN LAC: REGULACIÓN POSITIVA
Dos tipos de regulación:
REGULACIÓN NEGATIVA: depende de los niveles de lactosa. Si este azúcar esta presente en el medio, el sistema se desreprime.
REGULACIÓN POSITIVA: depende de los niveles de glucosa. En ausencia de glucosa, aumenta la síntesis de cAMP por acción de la adenilato ciclasa.
REGULACIÓN DEL OPERÓN LAC
Para que el Operón lac pueda transcribirse con un máximo rendimiento requiere quese cumplan dos condiciones simultáneamente:
Debe existir el inductor exógeno (la lactosa), que inactiva el mecanismo deregulación negativa.
No debe haber en el medio una fuente más rica de azúcar, como la glucosa (quelibera la "represión catabólica" por el mecanismo de regulación positiva a travésde CAP)
OPERÓN TRIPTOFANO
OPERON TRIPTOFANO
Es un operon biosintético para la producción del triptofano, cuando la célula lo requiera y no tenga disponibilidad en el medio
El triptófano se sintetiza en 5 etapas sucesivas que requieren de una enzima determinada, las que se ubican adyacentemente en el cromosoma de E. coli.
REGULACIÓN DE LA EXPRESIÓN GÉNICA E
LE
ME
NT
OS
DE
LO
PE
RÓ
N
ELEMENTOS DE CONTROL
PROMOTOROPERADOR
CORREPRESOR TRIPTOFANO
GENES ESTRUCTURALES
CODIFICANPOLIPÉPTIDOS
GEN REGULADOR CODIFICA LA PROTEÍNA REPRESORA
Operon Triptofano
REGULACIÓN DE LA EXPRESIÓN GÉNICA
SIN TRP
CON TRP CON TRP
CON TRP
REGULACION NEGATIVA
SISTEMA REPRESIBLE: el
producto final de la reacción que
cataliza la enzima impide la síntesis
de la misma. Este fenómeno recibe el
nombre de inducción negativa. Al
compuesto que impide la síntesis de
la enzima se lo denomina
CORREPRESOR (Triptofano).
Los sistemas represibles se
corresponden con procesos de
síntesis o anabólicos.
CONTROL NEGATIVO: se dice que un sistema está bajo control negativo cuando
el producto del gen regulador reprime o impide la expresión de los genes, actúa como
un REPRESOR.
REGULACIÓN DE LA EXPRESIÓN GÉNICA
in
OPERÓN TRIPTOFANO: CONTROL NEGATIVO
OPERÓN TRIPTOFANO: CONTROL NEGATIVO
OPERÓN TRIPTOFANO: CONTROL NEGATIVO
Baja concentración de Trp
Alta concentración de Trp
Operón Triptofano: Regulación por Atenuación
La ATENUACIÓN es un mecanismo de control que se da en ciertos operonesde rutas biosintéticas (sobre todo de aminoácidos), por el cual la transcripciónpuede terminar prematuramente en una zona denominada atenuador, antesde alcanzar al primer gen estructural de ese operón.
Operón Triptofano: Regulación por Atenuación
Con traducción
Sin traducción
Operón Triptofano: Regulación por Atenuación
Operón Triptofano: Regulación por Atenuación
ALTOS NIVELES DE TRP BAJOS NIVELES DE TRP
SIN TRADUCCION CON TRADUCCION
OPERÓN LACTOSA OPERÓN TRIPTÓFANO
OPERÓN INDUCIBLE, SE EXPRESA ENPRESENCIA DE LACTOSA.
OPERÓN REPRIMIBLE, SE EXPRESA ENAUSENCIA DE TRIPTÓFANO.
LA LACTOSA ES EL INDUCTOR EL TRIPTÓFANO ES EL CO‐REPRESOR
EL REPRESOR SE SINTETIZA ENFORMA ACTIVA.
ACTÚA SOLO
EL REPRESOR SE SINTETIZA EN FORMAINACTIVA.
ACTÚA EN PRESENCIA DEL CO‐REPRESOR
ENZIMA PARTICIPAN EN UNVÍA CATABÓLICA
ENZIMA PARTICIPAN EN UNA VÍAANABÓLICA
Comparación entre los OperónesLactosa y Triptófano
