regulaciÓn de la expresiÓn genÉtica en … · y causa un giro en el dna que facilita la unión...
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REGULACIÓN DE LA
EXPRESIÓN GENÉTICA
EN PROCARIOTES
La regulación de la expresión de los genes surge de la necesidad de controlar la actividad de las enzimas o de las
proteínas en general, en momentos precisos de la vida de la célula.
REGULACIÓN
DE LA
ACTIVIDAD
ENZIMÁTICA
CELULAR
* ALOSTERISMO
POSITIVO O NEGATIVO
*REGULACIÓN COVALENTE
a) MODIFICACIONES POST-TRADUCCIONALES
b) ZIMÓGENOS
POR PRODUCTO,
RETROALIMENTACIÓN
*ISOENZIMAS
*CANTIDAD DE
ENZIMA
SÍNTESIS
DEGRADACIÓN
Transcripción
DNA
mRNA
PROTEINA
Traducción
Regulación a nivel de:
• Transcripción
• Traducción
Los genes se expresan con diferente eficiencia
¡ Regulación transcripciónal !
Los genes se expresan con diferente eficiencia
A B B B B
BBBB
B B B B
BBBB
¡ Regulación traducciónal!
POR LO TANTO, PARA QUE HAYA REGULACIÓN DE LOS GENES TIENE QUE HABER REGULACIÓN
POSITIVA Y NEGATIVA
GENE CON
Regulación positiva (+)
El gene “se enciende”
(se transcribe o se
transcribe más)
GENE CON
Regulación negativa (-)
El gene “se apaga”
(no se transcribe o se
transcribe menos)
P: promotor de los genes estructurales E1 ... E4
R: gen regulador (codifica una proteína represora
que regula la transcripción de los genes estructurales)
O: operador (secuencia reconocida por la proteína
represora que impide la transcripción)
Regulación en bacteria
Un operón es un conjunto de genes, localizados contiguamente en el DNA, que obedece a las mismas señales de encendido o apagado.
El modelo del Operon LAC
F. Jacob J. Monod A. Lwoff
Expresión inducible
El Operon lac funciona para la utilización de lactosa
como fuente de carbono
Genes estructurales
Gen regulador
También convierte parte de la lactosa en alolactosa
La -galactosidasa hidroliza a la lactosa para generar glucosa y galactosa
La -galactosidasa se encuentra en niveles muy bajos si no hay lactosa en el medio.
Su producción se induce cuando se agrega lactosa al medio y se elimina la glucosa de éste.
Los operones están formados por genes estructurales y una región de control
Galactosidasa Permeasa Transacetilasa
El Operon lac funciona para la utilización de lactosa como
fuente de carbono
El represor unido al sito operador previene la
transcripción de los genes z, y, a
El represor unido al sito operado previene la
transcripción de los genes z, y, a
El inductor se une al
represor y entonces éste ya
no se une al DNA
Galactosidasa Permeasa Transacetilasa
La poca alolactosa que se formó actúa como inductor.
Aún en ausencia del represor, el promotor del operón lac no es muy fuerte, por lo que requiere la actividad de otras proteínas.
Activador CRP. cAMP receptor protein
También se le llama CAP: Catabolite Activator Protein.
Si los niveles de glucosa son altos.
Si los niveles de glucosa son bajos.
Cuando los niveles de AMPc se incrementan, se une a la proteína CRP/CAP
El complejo CRP-AMPc se une al promotor del operón de lactosa y causa un giro en el DNA que facilita la unión de la RNA
polimerasa al promotor.
El complejo CRP-AMPc se une al promotor del operón de lactosa facilita la unión de la RNA polimerasa al promotor y se
incrementa 50 veces la transcripción.
Regulación negativa
RNA polimerasa
¡No hay transcripción!
Represor
+ glucosa– lactosa
Regulación del operón de lactosa.
Regulación Negativa. Represor
No hay lactosa, hay glucosa, el represor está activo y el operón está apagado
+ glucosa+ lactosa
¡La transcripción es baja (basal)!
En presencia de lactosa el
represor se inactiva
RNA polimerasa
inductor (lactosa)
Hay lactosa, hay glucosa. Los niveles de AMPc son bajos. La síntesis del mRNA lac es pobre.
Regulación positiva
- glucosa+ lactosa
¡La transcripción es alta (constitutiva)!
Activador
Regulación positiva.
Inducción
Hay lactosa, glucosa es baja, niveles de AMPc son altos. Se sintetiza mucho mRNA lac
- glucosa- lactosa
¡No hay transcripción!
En ausencia de lactosa
Aunque el activador esté presente....
RNA polimerasa
Modelo de la regulación negativa
Modelo de la regulación positiva
[glucosa]
[AMPc]
+ lactosa
Represión por catabolito del operón lac(Elección del mejor azúcar a metabolizar)
CAP= Catabolite activator protein
Activación del operón lac
La región del operador actua en cis y regula a los
genes que están fuertemente ligados a éste
El producto del gen I (Represor) actúa en trans
Modelo de la evidencia genética del alosterismo
Sitio del operador lac al que se une el represor I
Sitio del promotor lac al que se une CAP
El operón lac es un ejemplo de operón inducible, es deciraquel en el cual la presencia de una sustancia específica (eneste caso la lactosa) induce la transcripción de los genesestructurales.
El operón lac también se encuentra bajo control positivo.Cuando en el medio hay glucosa, la bacteria metaboliza estemonosacárido ignorando cualquier otra fuente de carbonodisponible. Cuanto menor es la concentración de glucosa en elmedio, mayor es la concentración de AMPc, el cual tieneinfluencia en la activación del operón lac.
El AMPc actúa uniéndose a una proteína fijadora de AMPcdenominada CAP (proteína activadora de catabolitos). Cuandola concentración de este complejo es alta (poca glucosa), elCAP-AMPc se fija a un sitio específico del promotor lac,aumentando la afinidad de la región promotora para la RNApolimerasa, lo que estimula la transcripción del operón.
Para que se exprese el operón lac deben darse dos condiciones en el medio: que esté presente la lactosa y que la concentración intracelular de glucosa sea baja.
El Operon TRP
– Triptofano
Regulación negativa del Operón Trp
Complejo Represor-Corepresor
+ Triptofano
OPERÓN LAC OPERÓN TRIPTÓFANO
Operón inducible, se expresa enpresencia de lactosa.
Operón reprimible, se expresaen ausencia de triptófano.
La lactosa es el inductor El triptófano es el co-represor
El represor se sintetiza en formaactiva. Actúa solo.
El represor se sintetiza en formainactiva. Actúa en presencia delco-represor.
Sus enzimas participan en un víacatabólica
Sus enzimas participan en unavía anabólica
Comparación entre Operón Lac y Operón Trp
Operón de triptofano
Este operón incluye cinco genes de enzimas involucradas en la biosíntesis de triptofano. Bajo control del promotor (Ptrp) y del operador (Otrp)
El represor se une a triptofano y este complejo se une al operador reduciendo la transcripción 70 veces aproximadamente.
Regulación de la expresión genética
(Nivel traduccional)
El Operon TRP
+ triptofano
Mecanismo de atenuación
Se inhibe la transcripción y traducción del resto del operón
tRNA-Trp El ribosoma NO se detiene
Ocurre la transcripción y traducción del resto del operón
Mecanismo de atenuación
– triptofano tRNA-Trp El ribosoma SE DETIENE
Además de la región operadora y de la región promotora, en el operón de triptofano hay una región atenuadora.
En esta región atenuadora hay dos codones para Trp que se encuentran muy juntos.
Cuando los niveles de Trp son altos, el ribosoma lee rápidamente el mRNA que se está sintetizando incluyendo los dos codones de Trp y provoca la terminación de la transcripción.
Cuando los niveles de Trp son bajos, el ribosoma se detiene en los codones de Trp, por lo que la transcripción continua.
Regulación por posición del gen en el operón
Traducción mas eficiente Traducción menos eficiente
Regulación por Shine-Dalgarno
Traducción mas eficiente
Traducción menos eficiente