Download REGULACION GENICA - Liceo Madre Vicencia

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El material genético
determina y controla las
características
estructurales y
metabólicas de todos
los seres vivos.
Se transmite de una
generación a otra.
DNA
El cromosoma procariota es un filamento simple,
continuo (circular) de ADN de cadena doble, con una
anchura de 2 nanómetros. En Escherichia coli
contiene 4,7 millones de pares de bases y cuando se
extiende completamente alcanza una longitud de 1
milímetro. Una célula de E. coli mide menos de 2
micrómetros, por lo que el cromosoma es una 500
veces mayor que la misma célula. Dentro de la
célula, el cromosoma se halla plegado formando una
masa irregular llamada nucleoide.
Moléculas de DNA circular también se
encuentran en las mitocondrias de
numerosas células eucariontes y en
los cloroplastos de las plantas.
En eucariontes el material genético consiste en
moléculas lineales de DNA no ramificadas,
de diferente longitud pudiendo llegar a ser
extremadamente largas (megabases) las que se
encuentran unidas a un grupo de proteínas básicas
llamadas histonas. Este complejo formado por el
DNA y las proteínas recibe el nombre de cromatina.
La información que contiene el DNA de todos los
seres vivos se encuentra almacenada en unidades
estructurales que se conocen con el nombre de
Genes.
“fragmento de DNA que contiene la información que
codifica para la síntesis de una cadena polipeptídica
o RNA funcional (tRNA, rRNA, mRNA)”.
La organización de los genes en el DNA presenta
bastantes diferencias en procariontes y eucariontes.
Ejemplo:
serie de enzimas que sintetizan el aminoácido
triptófano
Bacterias
Levaduras
Codificadas en secuencias
continuas
Genes ubicados en
cromosomas distintos
Bajo una misma región
reguladora
Region reguladora en cada
cromosoma
En el ADN procarionte los genes que codifican
proteínas relacionadas funcionalmente se
encuentran agrupados en regiones que funcionan
como una unidad que se transcribe desde un sitio
único y genera un ARNm codificante de numerosas
proteínas.
Cada sección del ARN mensajero representa una
unidad (gen) que instruye al aparato de síntesis de
proteína para la construcción de una proteína
particular. Este arreglo de genes en serie,
funcionalmente relacionados, se llama operón,
porque actúa como una unidad con un solo sitio de
inicio de la transcripción para varios genes.
Es un segmento continuo del cromosoma de
E. coli, que contiene 5 genes, los cuales
codifican las enzimas necesarias para las
distintas etapas de la síntesis de triptófano.
El operón entero es transcrito desde un sitio del
ADN y origina un largo y continuo ARNm.
La traducción de este ARNm empieza en cinco sitios
distintos de inicio, uno para cada enzima distinta
codificada en este ARNm.
El orden de los genes en el
ADN bacteriano
corresponde al orden de las
enzimas que catalizan las
distintas etapas de síntesis
del triptófano
E. coli crece en el medio cuando hay glucosa. Pero
sino la hay y si hay lactosa, crece con lactosa.
Beta galactosidasa
Lactosa
galactosa + glucosa.
Jacob y Monod comprobaron que cuando en el medio
había lactosa aumentaba la concentración
intracelular de beta-galactosidasa, además se
producían dos proteínas: permeasa que introduce la
lactosa en el interior de la bacteria y la transacetilasa.
Un gen regulador:
El gen regulador codifica una proteína
reguladora, llamada represor.
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Por ejemplo, el represor lac, codificado por el
gen lac I, es la proteína reguladora del operón lac.
Un operador.
El operador es la región de DNA en el operón a
la que se une la proteína reguladora.
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Un promotor.
El promotor es la secuencia de DNA en el
operón reconocida por la RNA polimerasa.
El lugar de iniciación para la síntesis del RNA
está situado inmediatamente tras el promotor.
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Genes estructurales.
El operón contiene uno o más genes que codifican
enzimas inducibles. El operón lactosa codifica las
enzimas necesarias para el metabolismo de la
lactosa, incluyendo ß-galactosidasa, ß-galactósida
permeasa y ß- galactósido transacetilasa.
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Z: beta-galactosidasa
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Y: permeasa
A: transacetilasa
1.
Existen algunos mutantes de E. coli que son
incapaces de regular la producción de enzimas y
producen, por ejemplo, beta-galactosidasas incluso
en ausencia de lactosa, o enzimas para sintetizar
triptófano incluso cuando hay triptófano. ¿Qué
desventaja tienes estos especímenes comparándolos
con normales?
¿Cuál es el beneficio que se puede obtener de
conocer la función especifica de los operones, sobre
todo en el área biotecnológica medica?
2.
3.
Según tus conocimientos previos, ¿Cuál es la
principal diferencia entre el control génico en
procariontes y eucariontes?
En las bacterias, a pesar de ser organismos
unicelulares, también es necesario regular la
expresión de los genes adaptándola a las
necesidades ambientales.
 Economía celular en la expresión de genes
 Obtención de energía de distintas fuentes
La regulación de la producción de proteínas
(síntesis) considerando el proceso en
su conjunto, puede llevarse a cabo en las tres
etapas del dogma.
En el proceso influyen proteínas reguladoras que
pueden actuar como controles negativos
(inhibiendo) o controles positivos (estimulando la
transcripción)
Necesidades básicas para el mantenimiento normal de
una célula implica la expresión continua de genes, con
el fin de sintetizar proteínas necesarias
(metabolismo). Su regulación conlleva que se estén
expresando siempre, codificando para sistemas
enzimáticos que funcionan continuamente.
Genes que se expresan solamente en determinadas
situaciones y que, por consiguiente, codifican para
enzimas que solamente se necesitan en momentos
concretos, codifican para sistemas enzimáticos
adaptativos, por su característica de expresarse
según las condiciones del medio.
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Sistemas inducibles: cuando el sustrato sobre el
que va actuar la enzima provoca la síntesis del
enzima. Al efecto del sustrato se le denomina
inducción positiva.
Ej. Lactosa
Inductor
Sistemas represibles: cuando el producto final de
la reacción que cataliza la enzima impide la
síntesis de la misma. Este fenómeno recibe el
nombre de inducción negativa
Ej. Triptófano
Correpresor
Las cepas normales de E. coli son inducibles, de
manera que en ausencia del inductor (la lactosa),
la proteína represora producto del gen I se
encuentra unida a la región operadora e impide la
unión de la ARN-polimerasa a la región promotora
y, como consecuencia, no se transcriben los genes
estructurales.
En presencia del inductor (la lactosa), este se
une a la proteína reguladora que cambia su
conformación y se suelta de la región operadora
dejando acceso libre a la ARN-polimerasa para
que se una a la región promotora y se transcriban
los genes estructurales.
Por consiguiente, la presencia del inductor hace que
se expresen los genes estructurales del operón,
necesarios para metabolizar la lactosa.
Los tres genes estructurales del operón
lactosa se transcriben juntos en un mismo
ARNm, es decir que los ARN mensajeros de
bacterias suelen ser policistrónicos,
poligénicos o multigénicos.
Genes estructurales: cinco genes en el siguiente
orden trpE-trpD-trpC-trpB-trpA. Las enzimas
codificadas por estos cinco genes estructurales
actúan en la ruta metabólica de síntesis del triptófano
en el mismo orden en el que se encuentran los genes
en el cromosoma.
 Elementos de control: promotor (P) y operador (O).
 Gen regulador (trpR): codifica para la proteína
reguladora. Este gen se encuentra en otra región del
cromosoma bacteriano aunque no muy lejos del operón.
 Correpresor: triptófano.
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En ausencia de triptófano, o cuando hay muy
poco, la proteína reguladora producto del gen
trpR no es capaz de unirse al operador de forma
que la ARN-polimerasa puede unirse a la región
promtora y se transcriben los genes del operón
triptófano.
En presencia de triptófano, el triptófano se une
a la proteína reguladora o represora cambiando
su conformación, de manera que ahora SI puede
unirse a la región operadora y como consecuencia
la ARN-polimerasa no puede unirse a la región
promotora y no se transcriben los genes
estructurales del operón trp.
Por tanto, la diferencia esencial entre el
operón lac (inducible) y el operón trp
(represible), es que en este último el
represor del triptófano solamente es capaz
de unirse al operador cuando previamente
está unido al trp.
En bacterias, el control génico le
permite a una célula ajustarse a
cambios de su medio ambiente
nutricional.
En organismos eucariontes
multicelulares, en cambio, el control
de la actividad génica esta relacionado
con un programa genético, que
depende del desarrollo embriológico y
de la diferenciación de distintos tejidos.
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Una célula eucariota regula las proteínas que
sintetiza;
Regula el momento y la frecuencia con que un
determinado gen es transcrito (control
transcripcional);
Controla el procesamiento del ARNm transcrito
(control de procesamiento de ARNm);
Regula las moléculas de ARNm que son
exportadas del núcleo al citoplasma (control de
transporte del ARNm);
Regula los ARNm que son traducidos por los
ribosomas en el citoplasma (control de
traducción);
 Controla la vida media del ARNm (control de
degradación del ARNm)
 Regula la activación e inactivación de proteínas
(control de la actividad de las proteínas).
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De todas estas etapas de regulación, la primera
es la que resulta más económica para la célula. La
transcripción en los eucariotas difiere de la de
los procariotas en varios aspectos.
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Separación física entre la transcripción y la
traducción (núcleo---citoplasma)
El cromosoma eucarionte difiere en muchos
aspectos del cromosoma procarionte
Aún siendo la transcripción el principal punto de
regulación, al igual que en procariontes, la
expresión de los genes suele estar sometida
también a distintos tipos de control posttranscripcional
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Mientras que las células procariotas transcriben
casi todos sus genes, las células eucariotas eligen
qué genes transcribir, dependiendo de señales
intra y extra celulares, además de las relaciones
que se sostienes con otros tipos celulares.
Cada tipo celular eucariota expresa sólo una
fracción de los genes que tiene, esta fracción
compromete alrededor del 20% de ellos. Es
decir, sólo el 20% de los genes se transcribirá en
ARN y luego se traducirá en proteínas.
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7.
Secuencias promotoras o promotor constituidas
por: TATA BOX, CAAT BOX, GC BOX.
Secuencias potenciadoras o enhancers.
Secuencia TAC
Exones
Intrones
Secuencia de acoplamiento para la cola de poli A.
Codón TTA que indica el final de la traducción.
1.
Promotor: secuencias que sirven de reconocimiento
para los distintos tipos de ARN polimerasa
existentes en eucariontes. Contienen varias regiones
diferenciadas:
TATA box (Caja TATA) : secuencia de 7 nucleótidos
(TATAAAA) ubicada a 30 pares de bases antes del inicio de
la transcripción.
 CAAT box, (Caja CAT): secuencia GGC CAAATC ubicada a 90
pares de bases del inicio de la transcripción a la cual se unen
los factores de la transcripción.
 GC box. (Caja rica en GC):secuencia ubicada a 110 pares de
bases antes del inicio de la transcripción. Se asocia también
a la unión de factores de la transcripción.
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2.
Secuencias potenciadoras o enhancers: regiones
del DNA que aumentan la eficiencia del promotor
cuando se unen a ellas factores de transcripción
que las activan. Su localización es variable.
3.
Exones. Corresponde a las secuencias
codificantes.
4.
Intrones. Corresponde a las secuencias no
codificantes
5.
Secuencia trailer (acoplamiento para la cola de
poli A): corresponde a la secuencia AATAAAAA
la cual es necesaria para el agregado de la cola
de poli A en el extremo 3´ del transcrito.
6.
Secuencia TAC que en el ARNm corresponde a la
secuencia que señala el inicio de la traducción
¿Cuál es la secuencia de inicio en el ARNm?
7.
Codón TTA que señala el final de la traducción.
Componentes del gen eucarionte
Se requiere una variedad de proteínas en la
regulación de la expresión génica.
 Para poder iniciar la transcripción, la ARN
polimerasa requiere que un grupo de factores
generales de transcripción (proteínas) , se
ensamblen en la región promotora del gen.
 Esto permite la unión de la ARN polimerasa y la
posterior transcripción.
 Algunas de estas proteínas tienden a activar el gen
y otras a desactivarlo.
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Por medio de la regulación del inicio de la transcripción
se puede elegir qué genes “encender” (activar) o
“apagar” (inhibir) en un momento determinado.
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Hay regiones de ADN que están siempre apagadas y
cuyos genes no se transcriben nunca.
Uso de secuencias reguladoras que permiten la unión de
factores de transcripción, que se unen a regiones
cercanas al promotor, facilitando o impidiendo la
transcripción.
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Un casquete de
metil-guanina (CAP)
al extremo 5’ de la
molécula.
Una cola de poli-A
al extremo 3’ al
terminar la
transcripción.
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Se produce
remoción de
intrones y unión
de exones en el
ARNm antes de
dejar el núcleo.
Este proceso es
conocido como
empalme o
"splicing"( Del
inglés corte y
empalme. )
Proceso muy exacto, donde los intrones son
cortados del ARNm inmaduro por un sistema
específico que reconocen secuencias cortas
dentro del intrón y que se encuentra cerca de los
límites con exones.
Estas secuencias
son llamadas
"sitio dador"
El corte y empalme esta catalizado por una
estructura pequeña, compuesta por
ribonucleoproteínas llamadas spliceosoma, la que
reconoce las secuencias en los intrones y su
posterior fijación.
Luego hay una secuencia de pasos que determinan
el ligado de los exones
Spliceosoma
En algunas casos se incluyen
ribonucleotidos en regiones
especificas, los que genera un
corrimiento de la lectura
sintetizando proteínas
diferentes.
El ARNm procesado
correctamente
se transporta hacia el
citoplasma a través de los
poros de la carioteca
Una vez sintetizadas, las proteínas pueden ser
modificadas mediante la unión de distintas
moléculas (grupos fosfato, adenilatos, azúcares)
Estos agregados permiten regular la acción proteica
muy rápido porque no dependen del proceso de
síntesis.
Estas modificaciones generalmente le otorgan la
funcionalidad a la proteínas (hormona, enzima)
Resumen