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REGULACIÓN DEL
METABOLISMO
REGULACIÓN GENÉTICA DEL OPERÓN LAC
Bioquímica Experimental
Regulación de la expresión génica
Proceso mediante el cual se induce o reprime la
expresión de genes en periodos de tiempo y
condiciones diferentes.
Regulación de la expresión génica
Genes constitutivos: Se expresan
a un nivel constante.
Expresión
Génica
Genes regulables: Genes inducibles o
reprimibles,
en
respuesta
a
condiciones ambientales
¿A qué nivel se
regula la
expresión génica?
Uno de los niveles de
regulación
más
común, es a nivel
transcripcional.
Reprimir o inducir la
expresión del mRNA.
¿Por qué se regula la expresión de genes?
1. Expresar solo aquellos genes que son necesarios.
2. Reprimir genes cuyos productos interfieran con otros procesos
que se están llevando a cabo en la célula al mismo tiempo.
3. Regular procesos de desarrollo.
¿Por qué se regula
la expresión de
genes?
Disponibilidad de nutrientes
¿Los sintetiza o los toma del
medio?
Gasto de energía y de
recursos celulares.
¡Gasto de
ATP!
SINTETIZAR SOLO LO NECESARIO
CUANDO SEA NECESARIO
Metabolismo de
Carbohidratos
Fuente
de
estructura.
energía
Gal
Lac
y
Glucosa, lactosa, galactosa,
xilosa; diferentes proteínas
para
internalizarlos
y
metabolizarlos.
Inducir o reprimir genes según
las condiciones ambientales.
Metabolismo
Glu
Operones
Permiten regular de
manera coordinada
la expresión de
genes que codifican
productos que
participan en una
serie de procesos
relacionados.
¿Qué es un OPERÓN?
Segmento de DNA que codifica para múltiples mRNA
con un promotor común adyacente y una región
reguladora. Estos genes regulan su propia expresión
dependiendo de la presencia o ausencia de un sustrato.
Regulación del metabolismo de lactosa:
Componentes del operón lac
Componentes
Reguladores
Represor (LacI)
Genes Estructurales
β-Galactosidasa Permeasa Transacetilasa
Genes estructurales: lacZ, lacY y lacA.
Componentes reguladores: Promotor y Operador.
Otros reguladores del operon lac: Gen lacI y Represor.
Proteína Represora: LacI
Es un homotetrámero cuya unión al operador previene que la
RNA polimerasa se una al promotor y lleve a cabo la
transcripción de los genes estructurales.
Regulación del operón lac
¡1000 veces más!
INDUCCIÓN: Liberación de la represión de los genes estructurales
INDUCTORES: Compuestos que alostéricamente inactivan a la proteína represora.
Ejemplo: Alolactosa, IPTG.
Jacob y
Monod
Mutantes deficientes en
la
regulación
del
metabolismo de lactosa.
Utilizaron un análogo no
metabolizable
de
la
lactosa, el IPTG. Y además
realizaron ensayos de
complementación;
con
ayuda del factor F’ que
acarreaba
la
región
cromosomal lac.
IPTG
Los genes se controlan juntos…
• lacZ, lacY y lacA se controlaban de manera coordinada y que
se encontraban muy cercanos en el cromosoma.
Evidencia genética del operador y
del represor…
Mutaciones que alteraban la expresión de los genes estructurales:
en el sitio regulatorio (operador lac) y en la proteína reguladora
(proteína represora LacI).
Mutaciones Oc; estas mutaciones hacen al operador incapaz de
unirse a su represor y el operón esta siempre encendido
Evidencia genética del operador y
del represor…
Evidencia genética del operador y
del represor…
Mutaciones I-; basta una copia del gen I+ para regular ambas
copias del operón en una célula parcialmente diploide.
Evidencia genética del operador y
del represor…
Evidencia genética del alosterismo…
Mutación Is, represión de los genes estructurales aún en
presencia del inductor.
Evidencia genética del alosterismo…
Represión catabólica
Disponibilidad de glucosa. Sino hay glucosa… ¡Gasto de
energía!
Glucosa
mRNA lac
Minutos después de la adición de IPTG
La represión de la expresión de los genes necesarios para catabolizar
lactosa, galactosa, arabinosa y otros carbohidratos en presencia de
glucosa, se conoce como REPRESIÓN CATABÓLICA.
Represión catabólica
↑[Glucosa]
↑[cAMP] y ¡Se
→ ↓[cAMP]
activa el yoperon
viceversa.
lac!
ACTIVADOR: Incrementa la afinidad de la RNA polimerasa por el
promotor y aumenta la transcripción de los genes estructurales
La disociación del represor y la activación deben actuar de manera
coordinada y simultáneamente, porque:
La RNA polimerasa tiene mucha afinidad por el promotor, pero no
puede unirse a él.
La RNA polimerasa puede unirse al promotor pero tiene poca afinidad
por él, se disociará fácilmente.
Para inducir al operón lac…
La inducción del operon lac requiere entonces de lactosa y de
bajas concentraciones de glucosa.
En la práctica…
En la práctica…
En la práctica…
D-Galactosa (Incolora)
125 L Na2CO3 1 M
β-Galactosidasa
ONPG (Incoloro)
ONP (Amarilo), 420 nm