Unidad N° 13: Regulación de la Expresión génica en Procariontes

IMPORANCIA DE LA REGULACIÓN GÉNICA Las bacterias poseen numerosos mecanismos para controlar la expresión de sus miles de genes, con los cuales logran que el producto de un gen determinado solo se sintetice cuando es necesario y, en lo posible, en la cantidad óptima. Esto confiere a las células una importante capacidad de adaptación en función de sus condiciones fisiológicas o ambientales. Esto evita además un gasto de materia , ε y la interferencia en las funciones entre proteínas

Existen al menos 6 puntos potenciales en los cuales la cantidad de proteína puede ser regulada: 1. Síntesis del transcrito de RNA primario 2. Procesamiento post-transcripcional del mRNA 3. Degradación del mRNA 4. Traducción 5. Modificación de proteínas 6. Degradación de proteínas.

Teniendo en cuenta el la manera en que los genes son regulados podemos clasificarlos en : Constitutivos (housekeeping): genes que codifican para las enzimas necesarias para el metabolismo básico celular se expresan continuamente

Inducibles: aumenta su expresión en respuesta a un cambio ambiental

Reprimibles: inhibición de su expresión en presencia a una señal represora

SISTEMAS INDUCIBLES Y SISTEMAS REPRESIBLES 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. síntesis de b-galactosidasa en donde la lactosa es el INDUCTOR.

Sistemas represibles: cuando el producto final de la reacción que cataliza el enzima impide la síntesis de la misma. Este fenómeno recibe el nombre de inducción negativa. Al compuesto que impide la síntesis del enzima se le denomina CORREPRESOR. Ej. síntesis de triptófano

TIPOS DE REGULACIÓN GÉNICA REGULACIÓN NEGATIVA: La unión de un represor inhibe la transcripción

Forma I 1. El represor esta unido constitutivamente al promotor → gen reprimido 2. La unión de una molécula señal provoca la disociación del represor del promotor 3. La transcripción tiene lugar

ARNpol P ARNm

TIPOS DE REGULACIÓN GÉNICA REGULACIÓN NEGATIVA: La unión de un represor inhibe la transcripción Forma II 1. El represor no puede unirse per se al promotor → gen activado 2. La unión de una molécula señal permite que el represor se una al promotor molécula señal = co‐represor + represor = apo‐represor 3. La transcripción se bloquea

ARNpol P ARNm

TIPOS DE REGULACIÓN GÉNICA REGULACIÓN POSITIVA: La unión de un activador facilita la transcripción Forma I 1. El activador esta unido constitutivamente al promotor → gen activado 2. La unión de una molécula señal causa la disociación del activador del promotor 3. La transcripción se bloquea

ARNpol P

ARNm

TIPOS DE REGULACIÓN GÉNICA REGULACIÓN POSITIVA: La unión de un activador facilita la transcripción Forma II 1. El activador no puede unirse per se al promotor → gen reprimido 2. La unión de una molécula señal permite que el activador se una al promotor molécula señal = coactivador + activador = apoactivador 3. La transcripción tiene lugar

ARNpol

P

ARNm

ELEMENTOS DEL OPERÓN Jacob, Monod y colaboradores analizaron el sistema de la lactosa en E. coli, de manera que los resultados de sus estudios permitieron establecer el modelo genético del Operón que permite comprender como tiene lugar la regulación de la expresión génica en bacterias. Jacob y Monod recibieron en 1965 el Premio Nobel pos estas investigaciones.

Concepto de operon Unidad de expresión génica, que permite la transcripción coordinada de varios genes implicados en una misma ruta metabólica. Grupo de genes estructurales cuya expresión está regulada por los mismos elementos de control (promotor y operador) y genes reguladores. Los principales elementos que constituyen un operón son -PROMOTOR - OPERADOR -GENES ESTRUCTURALES -GENE REGULADOR

Gen regulador

Codifica un efector que interacciona con el centro operador Controla la transcripción de los genes estructurales El efector interacciona generalmente con el DNA y con la RNA polimerasa

Efector

Actúa en CIS

Actúa en TRANS

EL OPERÓN LACTOSA: CONTROL NEGATIVO

El Operón lactosa, que abreviadamente se denomina Operón lac, es un sistema inducible que está bajo control negativo, de manera que la proteína reguladora, producto del gen regulador (i) ,es un represor que impide la expresión de los genes estructurales en ausencia del inductor. El inductor del sistema es la lactosa.

Elementos del operón lactosa

OPERÓN LACTOSA: CONTROL POSITIVO El operón lactosa también está sujeto a un control de tipo positivo, de manera que existe una proteína que estimula la transcripción de los genes estructurales

ejecutado por una proteína activadora por catabolitos (CAP) también llamada proteína activadora del AMP cíclico (CRP).

El control positivo del operón lactosa está estrechamente relacionado con la Represión catabólica

Si tenemos un cultivo de E. coli creciendo en un medio con glucosa y lactosa y a lo largo del tiempo medimos densidad óptica, obtenemos una curva de crecimiento bifásica. Al principio el cultivo crece exponencialmente, luego cesa el crecimiento transitoriamente, y a continuación vuelve a haber otro crecimiento exponencial:

¿Por qué no hay síntesis de β-galactosidasa al principio a pesar de que haya lactosa? Esto es debido a que el operón lac está sometido a dos controles (1) control negativo, represor lac y (2) control positivo, proteína CAP.

EL OPERÓN TRIPTÓFANO El operón triptófano (operón trp) es un sistema de tipo represible, ya que el aminoácido triptófano (Correpresor) impide la expresión de los genes necesarios para su propia síntesis cuando hay niveles elevados de triptófano. Sin embargo, en ausencia de triptófano o a niveles muy bajos se transcriben los genes del operón trp. Los elementos del operón trp son en esencia semejantes a los del operón lactosa:

Represor activo

70 VECES

Al estudiar más profundamente el operón trp se encontró que además del mecanismo de regulación represor-operador existía otro mecanismo de regulación que se denominó REGULACIÓN POR ATENUACIÓN.

Nivel traduccional

Hay dos codones seguidos que codifican para trp

Otros casos de atenuación: La atenuación es un sistema de control genético de una amplia variedad de operones biosintéticos, especialmente de aminoácidos. Otros ejemplos descubiertos después del sistema trp: operón his: síntesis de histidina operón phe: síntesis de fenilalanina;

operón leu: síntesis de leucina; operón thr: síntesis de treonina; operón ilv: síntesis de isoleucina y de valina.