1.7 Regulacin de la accin gnica en procariontes.

Modelos de control negativo y positivo.

Diferenciacin celular y regulacin gnica en

eucariontes.

Ctedra de Gentica y Mejoramiento Vegetal y Animal

Regulacin de la Accin Gnica en

Procariontes

Dogma central de la biologa molecular

Porque regular la expresin gnica?

Economa de recursos:Los genes necesarios en el momento necesario . E. coli puede producir ms de 1700 enzimas y otras protenas. Pero la sntesis no ocurre al mismo tiempo

Respuesta rpida a cambios ambientales Ej. Cambios en el ambiente

nutricional

La regulacin de la expresin de los genes surge de la necesidad de controlar la actividad de las enzimas o de las protenas en general, en momentos precisos de la vida de la clula.

Transcripcin En la clula procariota, la transcripcin y la traduccin tienen lugar en el

mismo sitio por la ausencia de membrana nuclear.

Los mecanismos de regulacin mejor conocidos son los de Los mecanismos de regulacin mejor conocidos son los de

Regulacin gnica

Los mecanismos de regulacin mejor conocidos son los de Los mecanismos de regulacin mejor conocidos son los de

las bacterias.las bacterias.

Utilizan una actividad reguladora de conexinUtilizan una actividad reguladora de conexin--desconexin desconexin

mediante el control de la transcripcin.mediante el control de la transcripcin.

La regulacin implica interacciones entre el ambiente La regulacin implica interacciones entre el ambiente

qumico de la clula y protenas reguladoras especiales, qumico de la clula y protenas reguladoras especiales,

codificadas por genes reguladorescodificadas por genes reguladores

Sitios de regulacin en procariotas

Regulacin de la transcripcin: Modelo del OPERON :

Control Negativo:

Inducible . Ej: Opern LACTOSA

Represible. Ej: Opern TRIPTOFANO

Trascripcin

Traduccin

Control Positivo: Ej: CAP- AMPc

Atenuacin: Ej: Opern Triptfano

Regulacin de la traduccin: EJ: regulacin del sntesis de protenas ribosmicas.

conjunto de mecanismos que controlan la sntesis de determinados productos genticos

Regulacin gnica

Si varias enzimas actan en secuencia en una va metablica, o se sintetizan todas o no se sintetiza ninguna de ellas.

Por qu sucede esto?Por qu sucede esto?

LaLa regulacinregulacin sese realizarealiza sobresobre lala sntesissntesis dede unun niconico

ARNmARNm policistrnicopolicistrnico queque codificacodifica todastodas laslas protenasprotenas

requeridasrequeridas enen esaesa rutaruta metablicametablica yy sese conoceconoce concon elel

Regulacin coordinada:

requeridasrequeridas enen esaesa rutaruta metablicametablica yy sese conoceconoce concon elel

nombrenombre dede regulacinregulacin coordinadacoordinada..

Los ARNm Policistrnicos presentan secuencias de longitud variable que separan las regiones codificantes o Cistrones, estas se denominan regiones espaciadoras, usualmente de 10 pb. de longitud. Cada Cistrnposee un codn de inicio y uno sin sentido.

Espaciadores

Expresin de la informacin gentica - Transcripcin

Promotores:Regiones de reconocimiento y unin para la ARN polimerasa

*Caja de Pribnow (tambin conocida como Caja de Pribnow-Schaller)(CP); su extremo derecho se encuentra a 5-10bases antes de la primera base que se transcribe. Posee una secuencia variante de la secuencia bsica TATAATG(secuencia consenso). Orienta a la ARNpol sobre el sentido de la sntesis y es donde se abre la hlice. Posee una Tconservada entre 6-9 bases antes de la iniciacin del ARNm

*Secuencia -35; es una secuencia de 9 bases ubicada 35 bases antes del sitio de iniciacin de la transcripcin. Es elsitio de unin de la ARNpol

David Pribnow, 1975.

Mecanismos de regulacin a nivel de la transcripcin

Un medio principal de regulacin gentica en las bacterias es el sistema

opern. Un Opern es grupo de genes estructurales cuya expresin est

regulada por los mismos elementos de control (promotor y operador) y

genes reguladores.

En 1961 apareci la publicacin de Jacob y Monod (Premio Nobel en 1965) sobre la teora del opern referente a la regulacin de los genes. Jacob F, Monod J. (1961). Genetic regulatory mechanisms in the synthesis of proteins. J Mol Biol; 3: pp. 318-356

(1910-1976)(1920-2013)

Estructura de un opern

Opern: conjunto de genes contiguos transcriptos en unmismo ARNm policistrnico, ms los elementos decontrol (promotor y operador) y genes reguladores.

GGenesenes estructuralesestructurales deldel opernopern:: SeSe tratatrata dede loslos genesgenes cuyacuyaexpresinexpresin estest reguladaregulada.. CodificanCodifican unun grupogrupo dede protenasprotenasfuncionalmentefuncionalmente relacionadasrelacionadas yy sese transcribentranscriben comocomo unauna solasolamolculamolcula dede ARNARNmm policistrnicopolicistrnico..molculamolcula dede ARNARNmm policistrnicopolicistrnico..

Estructura de un opernGenGen reguladorregulador (R)(R):: gengen queque codificacodifica lala protenaprotena reguladorareguladora((polipeptidopolipeptido queque sese unirunir alal operador)operador).. PPuedeuede estarestar localizadolocalizado aa ciertaciertadistanciadistancia enen elel cromosomacromosoma bacterianobacteriano..

OperadorOperador (O)(O):: EsEs unauna reginregin deldel ADNADN concon unauna secuenciasecuencia queque esesreconocidareconocida porpor lala protenaprotena reguladorareguladora.. ElEl operadoroperador sese sitasita entreentre lalareginregin promotorapromotora yy loslos genesgenes estructuralesestructurales.. ..

PromotorPromotor (P)(P):: sitiositio dede uninunin dede lala ARNARN polimerasapolimerasa enen lala molculamolcula dedeADNADN..ADNADN..

Estructura de un opern

Protena reguladora: protena codificada por el gen regulador. Estprotena se une a la regin del operador.Inductor/represor: sustrato o compuesto cuya presenciainduce/reprime la expresin de los genes (interacta con la protenareguladora).

Control negativo:

SeSe dicedice queque unun sistemasistema estest bajobajo controlcontrol negativonegativo cuandocuando elel productoproducto

deldel gengen reguladorregulador reprimereprime oo impideimpide lala expresinexpresin dede loslos genes,genes, actaacta

comocomo unun represor.

Opern con control negativo inducible : Opern Lactosa

Opern con control negativo represible: Opern Triptfano

Tanto la induccin como la represin son formas de regulacin negativa.

Control positivo:Control positivo:

SeSe dicedice queque unun sistemasistema estest bajobajo controlcontrol positivopositivo cuandocuando elel productoproducto

deldel gengen reguladorregulador activaactiva lala expresinexpresin dede loslos genes,genes, actaacta comocomo unun

activador.

Activacin del Opern Lactosa por complejo CAP- AMP ciclico

Tanto la induccin como la represin son formas de regulacin negativa.

LosLos operonesoperones induciblesinducibles yy represiblesrepresibles sonson ambosambos desconectadosdesconectados

porpor protenasprotenas represorasrepresoras codificadascodificadas porpor genesgenes reguladoresreguladores.. ElEl

represorrepresor sese uneune alal ADNADN enen elel operadooperadorr yy evita,evita, dede estaesta forma,forma, queque

lala ARNARN polimerasapolimerasa inicieinicie lala transcripcintranscripcin..

Protena represora

El opern lac es un ejemplo de un opern inducible. Pasa de "desconectado"a "conectado" cuando un inductor se une al represor y lo inactiva. La molculadel represor es activa, hasta que se combina con el inductor (en este caso,alolactosa).En los operones inducibles, el inductor contrarresta el efecto del represorunindose a l y mantenindolo en una forma inactiva. As, cuando el inductorest presente, el represor ya no puede unirse al operador y pueden proseguirla transcripcin y la traduccin

Opern con control negativo inducible : Opern Lactosa

|

Opern Opern laclac

Se requieren dos protenas para el metabolismo Se requieren dos protenas para el metabolismo

de la lactosa:de la lactosa:

--galactosidasa galactosidasa Hidroliza la lactosa dando Hidroliza la lactosa dando

galactosa y glucosa galactosa y glucosa

(obtencin de energa)(obtencin de energa)

Lactosa permeasaLactosa permeasa

(obtencin de energa)(obtencin de energa)

Permite la entrada de Permite la entrada de

la lactosa en la clulala lactosa en la clula

Opern desconectado

Opern conectado

OOPPEERRNN

IINNNNDDUUCCIIBBLLEE

Pasan de "conectado" a "desconectado" por la accin de un correpresor, que se une a un represor inactivo. ste activa al represor que se une al operador. El represor se activa slo cuando se combina con el correpresor.Cuando hay altas concentraciones de triptfano en el medio celular,este mismo es el que se une al represor y no permite de esta manera quese transcriban los genes que codifican las enzimas responsables de lasntesis del triptfano. Es decir que cuando disminuye la concentracin detriptfano, este se libera del represor y comienza la transcripcin.

Opern con control negativo represible: Opern Triptfano

triptfano, este se libera del represor y comienza la transcripcin.

OOPPEERRNN

RREEEEPPRREESSIIBBLLEE

Control positivo: Sistema CAP-AMPc.Algunos operones bacterianos poseen promotores que no pueden serusados eficientemente por la ARN polimerasa de forma directa para elinicio de la transcripcin. Adems, requieren protenas auxiliares activadoras. Es decir, latranscripcin de estos operones no ocurre (o en todo caso ocurre a unnivel basal bajo), a no ser que la protena activadora se una a zonas delADN cercanas al promotor (normalmente al lado 5' respecto delpromotor).promotor).

Cuando la bacteria E. coli crece en un medio que contiene glucosa, prefiere este azcar como fuente de energa y como consecuencia los operones que producen las enzimas necesarias para obtener energa de otros azcares estn bloqueados.

Control positivo del Opern LAC

Control positivo: Sistema CAP-AMPc.Elementos del circuito regulatorio:

Gen crp: codifica la protena regulatoria: la denominada protena relacionadacon la represin catablica (CRP), tambin conocida como protena activadora porcatabolitos (CAP). Tal como es sintetizada por el gen crp, la protena CAP es inactiva.Pero cuando la bacteria posee niveles adecuados de AMPc (que acta comoinductor), ste se une a la CAP, lo que conduce a que CAP cambie de conformacin:en esta nueva configuracin el complejo CAP-AMPc reconoce una secuencia cercanaal promotor del opern lac (hacia su lado 5'), y acta como activador del inicio detranscripcin de este opern.transcripcin de este opern.

Gen cya: codifica la adenilato-ciclasa, enzima que convierte el ATP en AMPc.

Opern lac: a la descripcin que ya dimos, solamente aadir que a la izquierda(o sea, al lado 5'o "aguas arriba") del promotor existe una secuencia , que comoacabamos de ver es el lugar de reconocimiento del complejo activador CAP-AMPc.

El AMP cclico como reguladorEl AMPc es el segundo mensajero usado directamente en la regulacin de laexpresin del opern lac en respuesta a los cambios de concentracin de glucosa. El AMPc es un co-activador de la protena CAP (CRP).La concentracin de glucosa afecta la actividad de la enzima adenilato-ciclasa, que esla responsable de convertir el ATP en AMPc.

Cuando baja la concentracin de glucosa, se eleva la de AMPc y seestimula la transcripcin con el opern lac. Cuando se eleva laconcentracin de glucosa, cae la de AMPc y deja de activarse la sntesisdel mRNA a partir del opern lac.

Nivel bajo de glucosa

Con concentraciones bajas de glucosa la Adenilatociclasa convierte el ATP en AMPc. El AMPc se une a la protena CAP activndola. El complejo CAP AMPc El complejo CAP AMPcactiva la transcripcin del opern LAC.

Ejemplos de otros operones controlados positivamente por CAP-AMPc:

opern ara (del catabolismo de la arabinosa) opern gal (del catabolismo de la galactosa) opern mal (del catabolismos de la maltosa)

Regulacin de la traduccin

Secuencia de Shine-dalgarno

Regulacin por protenas que "ocultan" el sitio de unin inicial delARNm al ribosoma (enmascarando la regin de inicio de latraduccin, que incluye la secuencia de Shine-Dalgarno);

Regulacin por un ARN regulador antiparalelo que forma unhbrido de ARN de cadena doble con la porcin 5' del mensajero,con lo cual igualmente deja oculta la secuencia de Shine-Dalgarno.

Regulacin de la traduccin

Las races de la planta secretan molculas de bajo pesomolecular (flavonoides) que son reconocidosespecficamente por la protena nod D de la bacteria. Lascuales responden sintetizando otras seales especficas,conocidas como factores Nod, codificados los genes nod A,By C.

Nod D : gen que codifica para la protena NOD D, encargadadel reconocimiento del flavonide especfico y luego la

Operon NOD (nodulacin) control inducible

del reconocimiento del flavonide especfico y luego laactivacin del opern.

Nod A B C: genes regulados que codifican para la sntesisde distintos factores de nodulacin que sern reconocidospor la planta y desencadenarn una serie de eventos queculminarn con la nodulacin.CAJA Nod: secuencia de regulacin altamente conservadaque reconoce el factor de transcripcin Nod D. La unin dela protena Nod D activa a sta secuencia, posibilita latranscripcin del opern.

Operon NOD (nodulacin) control inducible

Eso es todo por hoy..!

Atencin Algunas de las ilustraciones de la presente presentacin son de

dominio pblico en la red. La ctedra no se atribuye ningn derecho de autor sobre las mismas.

Solo se han utilizado con un propsito didctico, por su utilidad en temas especficos.

Agradecemos a los autores annimos de las mismas por su Agradecemos a los autores annimos de las mismas por su colaboracin.

Ofrecemos esta presentacin en el mismo sentido.