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REGULACIÓN DE LA
EXPRESIÓN GENÉTICA EN
PROCARIOTES
Repaso eucariontes
https://www.youtube.com/watch?v=T707gEGUasg
La regulación de la expresión de los genes se establece 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 expresión
génica
Genes constitutivos: Se
expresan a nivel
constante.
Expresión génica
Genes regulables: Genes
inducibles o reprimibles
en respuesta a
condiciones del ambiente.
Genes constitutivos
• Existen una serie de genes que se expresan
constantemente, denominados genes constitutivos,
el producto de su expresión son moléculas
necesarias de forma continua en todos los
momentos de existencia de la célula o del
organismo.
Genes regulables
Hay genes que, dependiendo de la situación, se transcriben mucho o poco, diciéndose que su
expresión es regulable.
Constituye esta regulación una forma de:
1) Adaptabilidad: las bacterias, al ser organismos unicelulares y, por tanto, de interacción directa con
el medio, han de responder a diferentes medios de crecimiento, ya que la supervivencia celular
depende de su capacidad de adaptación a diferentes circunstancias ambientales.
2) Economía: una célula no sintetiza más que aquello que necesita y en las cantidades que necesita.
Por ejemplo: si una bacteria se crece en un medio con lactosa, utiliza lactosa como fuente de C,
sintetizando así la enzima que metaboliza esa lactosa, pero no sintetizará el enzima en ausencia de
sustrato.
Genes regulables
Regulación a nivel de:
• Transcripción
• Traducción
DNA
Transcripción
¿Nombres?
mRNA
Traducción
PROTEÍNA
Los genes se expresan con diferente
eficiencia y se regulan por distintos
mecanismos
Aumenta el
número de
transcritos
Resultando
en un
aumento en
la cantidad de
proteína
Regulación transcripcional
Los genes se expresan con diferente
eficiencia y se regulan por distintos
mecanismos
A
Regulación traduccional
B
B
B
B
B
B
B
B
B
B
B
B
B
B
B
B
En bacterias, el principal nivel de
regulación es el transcripcional
GEN CON
GEN CON
Regulación positiva (+)
Regulación negativa (-)
El gen “se enciende”
El gen “se apaga”
(se empieza a transcribir o se
transcribe más)
(no se transcribe o se
transcribe menos)
En bacterias los genes están organizados
en OPERONES por lo que la expresión es
coordinada
DNA
RNA polimerasa
Componentes de un operón
DNA
RNA polimerasa
P: promotor de los genes estructurales E1, E2, E3 y 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)
Un operón es un conjunto de genes, localizados consecutivamente en el DNA, que
obedece a las mismas señales de encendido o apagado.
Los operones están formados por genes
estructurales y una región de control
El modelo del Operón lac
F. Jacob
J. Monod
A. Lwoff
Expresión inducible
La lactosa es hidrolizada por la
b-galactosidasa para generar
glucosa y galactosa
La b galactosidasa
también convierte parte
de la lactosa en alolactosa
Alolactosa
La síntesis de la b-galactosidasa se
induce cuando hay lactosa en el medio
La b-galactosidasa se
encuentra en niveles
muy bajos dentro de la
célula 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
Cuando no hay lactosa en el medio,
el operón lac está apagado
El represor unido al sito operador
previene la transcripción de los
genes z, y, a
Cuando hay lactosa en el medio, el
represor se disocia del operador y los
genes z, y, a pueden ser transcritos
El inductor se une al represor y éste
ya no se une al DNA. La RNA
polimerasa reconoce al promotor y
transcribe los genes estructurales
Operón
reprimido
El represor unido al sito operador
previene la transcripción de los genes
z, y, a
Operón
inducido
b Galactosidasa
El inductor se une al represor y
entonces éste ya no se une al DNA,
permitiendo la transcripción
Permeasa
Transacetilasa
Genes estructurales:
Gen lac z: codifica la enzima β-galactosidasa, que cataliza
la reacción de hidrólisis de la lactosa en glucosa y
galactosa.
Gen lac y: codifica la proteína galactósido permeasa,
cuya función es facilitar el transporte de la lactosa al
interior de la bacteria colocándose en la membrana
plasmática y formando un carrier.
Gen lac a: codifica la enzima tiogalactósido transferasa,
que cataliza la transferencia del grupo acetil del acetil
Coenzima A al 6-OH de un aceptor tiogalactósido. Este
gen no está relacionado con el metabolismo de la
lactosa.
El Operon lac se activa para poder
utilizar a la lactosa como fuente de
carbono
Genes estructurales
Gen regulador
Normalmente, hay una expresión baja del
operón lac lo que permite que haya un poco
de b-galactosidasa en la célula
La lactosa es convertida a alolactosa
por la b galactosidasa. La alolactosa
es el inductor del operón lac.
Aún en ausencia del represor, la activación del operón lac requiere
la participación de un activador: CRP o CAP
Activador CRP. cAMP receptor protein
CRP une cAMP
También se le llama CAP: Catabolite Activator Protein.
Este activador regula la expresión con base en los niveles de glucosa
presentes en el sistema
Si los niveles de glucosa son altos, hay
poco cAMP.
Si los niveles de glucosa son bajos, hay
mucho cAMP.
Cuando los niveles de cAMP se incrementan, éste se une
a la CRP
El complejo CRP-cAMP 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, activándolo.
El complejo CRP-cAMP se une al promotor del operón de
lactosa facilitando la unión de la RNA polimerasa al
promotor e incrementando 50 veces la transcripción
¿Cómo se regula el operón lac cuando hay
glucosa en el medio?
+ glucosa
– lactosa
Represor
RNApol
No se transcribe
Regulación
negativa
Regulación del operón de lactosa
Regulación Negativa
Cuando hay glucosa y no hay lactosa, el represor está activo y el operón
está apagado, no hay transcripción y no hay b galactosidasa
¿Qué le pasa al operón lac
en presencia de lactosa
aún cuando exista
glucosa?
inductor (lactosa)
RNApol
Debido a la presencia de lactosa el represor se inactiva, por lo que el
operón se transcribe, aunque a un nivel bajo (transcripción basal).
La célula prefiere usar la glucosa que otro azúcar
Cuando hay lactosa y hay glucosa los niveles de cAMP son bajos. La síntesis del mRNA lac
es pobre.
¿Qué le pasa al operón
lac cuando hay lactosa
en el medio y no hay
glucosa?
Activador
La transcripción es alta
Regulación
positiva
Regulación positiva.
Inducción.
Cuando hay lactosa y la glucosa es baja, los niveles de cAMP son altos. El cAMP se une
con la CRP que activa a la RNApol para transcribir al operón lac. Por lo tanto, se sintetiza
mucho mRNA lac.
¿Qué le pasa al operón lac cuando no
hay glucosa ni tampoco lactosa?
Como el represor está unido al promotor
- glucosa
- lactosa
RNApol
¡No hay transcripción!
Aunque los niveles de cAMP sean altos
y el activador esté presente....
Regulación negativa
En presencia
de glucosa y
ausencia de
lactosa
En presencia
de lactosa y
ausencia de
glucosa
Regulación positiva
+ lactosa
[glucosa]
[AMPc]
El operón lac es un ejemplo de operón inducible, es decir aquel en el cual la
presencia de una sustancia específica (en este caso la lactosa) induce la
transcripción de los genes estructurales.
El operón lac también se encuentra bajo control positivo. Cuando en el medio
hay glucosa, la bacteria metaboliza este monosacárido ignorando cualquier
otra fuente de carbono disponible. Cuanto menor es la concentración de
glucosa en el medio, mayor es la concentración de cAMP, el cual tiene
influencia en la activación del operón lac.
El cAMP actúa uniéndose a una proteína fijadora de cAMP denominada CAP
(proteína activadora de catabolitos). Cuando la concentración de este
complejo es alta (poca glucosa), el CAP-cAMP se fija a un sitio específico del
promotor lac, aumentando la afinidad de la región promotora para la RNA
polimerasa, 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.
Operón de triptófano
Este operón incluye cinco genes de enzimas involucradas en la
biosíntesis de triptófano. Bajo control del promotor (Ptrp) y del
operador (Otrp)
El represor se une a triptófano y este complejo se une al operador
reduciendo la transcripción 70 veces aproximadamente.
Sin
triptófano en
el medio
El Operón Trp
De manera normal, Escherichia coli está expresando su
operón Trp. En este caso el represor codificado por el gen
regulador, es inactivo.
+ Triptófano
en el medio
¿Qué ocurre cuando hay
triptófano en el medio?
Complejo Represor-Corepresor
El triptófano (correpresor) se une al represor, activándolo.
Ahora el represor se puede unir al operador impidiendo la
transcripción del operón trp.
Regulación negativa
Comparación entre Operón Lac y Operón Trp
OPERÓN Lac
OPERÓN Trp
Operón inducible, se expresa en
presencia de lactosa.
Operón reprimible, se expresa
en ausencia de triptófano.
La lactosa es el inductor
El triptófano es el co-represor
El represor se sintetiza en forma
activa. Actúa solo.
El represor se sintetiza en forma
inactiva. Actúa en presencia del
co-represor.
Sus enzimas participan en un vía
catabólica
Sus enzimas participan en una
vía anabólica