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regulación genética en procariotas o procariontes y regulación genética en eucariotas o eucariontes
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Regulación génica a Nivel transcripcional Yudy Aguilar. Bact., Ph.D(c)
Universidad de Antioquia
Regulación de la expresión de los genes
FIBRA MUSCULAR HEPATOCITO
El mismo genoma, pero
función distinta
¿CÓMO ES POSIBLE?
MEDIANTE PATRONES DE REGULACIÓN GÉNICA
Control de la expresión génica
constitutivos
inducibles
represibles
catabolismo de azúcares
reparación de daños
estructuras
reguladores
síntesis de aminoácidos
síntesis de nucleótidos
Un gen: Es una secuencia de nucleótidos en la molécula de ADN, equivalente a una unidad de transcripción.
Niveles de Regulación génica • Transcripción (síntesis de ARNs a partir de ADN)
• Maduración (modificación de los ARNs sintetizados, no es común en procariotas)
• Traducción (síntesis de proteínas)
A B B B B
B B B B
B B B B
B B B B
Regulación traduccional
Los genes se expresan con diferente eficiencia
y se regulan por distintos mecanismos
Resultando en un aumento en la cantidad de proteína
Los genes se expresan con diferente eficiencia
y se regulan por distintos mecanismos
Regulación transcripcional
Aumenta el número de transcritos
Resultando en un aumento en la cantidad de proteína
En bacterias, el principal nivel de
regulación es el transcripcional
GENE CON
Regulación positiva (+)
El gene “se enciende”
(se empieza a transcribir o
se transcribe más)
GENE CON
Regulación negativa (-)
El gene “se apaga”
(no se transcribe o se
transcribe menos)
Niveles de regulación superior al operón. Estos constituyen el sistema de regulación global Regulones: Varios operones asociados a una vía bajo el control
Niveles de regulación superior al operón.
• Estos constituyen el sistema de regulación global
• Formado por
• Regulones: conjunto de operones asociados a una vía, función o proceso común bajo el control de la misma proteína reguladora
• Modulones: conjunto de operones relacionados a vías o funciones múltiples que responden a una proteína reguladora común
• Estimulones: conjunto de operones, regulones o modulones que responden frente a una señal ambiental común. Ej. Quorum sensing en bacterias
En bacterias los genes están organizados
en operones
DNA
RNA polimerasa
Un operón es un conjunto de genes, localizados contiguamente en el DNA, que obedece a las mismas señales de encendido o apagado.
P: promotor de los genes estructurales E1, E2, E3 y E4
R: 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)
Componentes de un operón
DNA
RNA polimerasa
Los operones se pueden clasificar según su regulación
Control negativo: el regulador es un REPRESOR
Control positivo: el regulador es un ACTIVADOR
Expresión inducible: El modelo del Operón lac
F. Jacob J. Monod A. Lwoff
Genes estructurales lac
Genes estructurales lac
El represor unido al sito operador
previene la transcripción de los
genes z, y, a
Cuando no hay lactosa en el medio,
el operón lac está apagado
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
El Operon lac se activa para poder utilizar
a la lactosa como fuente de carbono
Genes estructurales
Gen regulador
La lactosa es convertida a alolactosa por la b
galactosidasa. La alolactosa es el inductor
del operón lac.
La activación del operón lac requiere la participación de un activador: CRP o CAP
Activador CRP. cAMP receptor protein
También se le llama CAP: Catabolite Activator Protein.
Si los niveles de glucosa son altos, hay poco cAMP.
Si los niveles de glucosa son bajos, hay mucho cAMP.
CRP une cAMP
Este activador regula la expresión con base en los niveles de glucosa presentes en el sistema
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
RNApol
No se transcribe
¿Cómo se regula el operón lac cuando hay
glucosa en el medio?
Regulación
negativa
Represor
+ glucosa – lactosa
+ glucosa + lactosa
Debido a la presencia de lactosa el represor se inactiva, por lo que el
operón se transcribe, aunque a un nivel bajo (transcripción basal).
¿Qué le pasa al operón lac en presencia
de lactosa aún cuando exista glucosa?
inductor (lactosa)
La célula prefiere usar la glucosa que otro azúcar
RNApol
Regulación
positiva La transcripción es alta
Activador
¿Qué le pasa al operón lac cuando hay
lactosa en el medio y no hay glucosa?
- glucosa + lactosa
- glucosa - lactosa
¡No hay transcripción!
¿Qué le pasa al operón lac cuando no hay
glucosa ni tampoco lactosa?
Como el represor está unido al promotor
RNApol
Aunque los niveles de cAMP sean altos y el activador esté presente....
Biosíntesis de Trp y su operón
Cuando hay triptófano en el medio: Regulación Negativa
Ausencia de triptófano en el medio: Regulación Positiva
En el operón de triptófano hay una región atenuadora
en la que dos codones para Trp se encuentran muy
juntos
[Trp] alta: el ribosoma traduce rápidamente el mRNA incluyendo los dos codones de Trp.=> forma un tallo-asa que provoca la terminación de la transcripción.
[Trp ] baja: el ribosoma se detiene en los codones de Trp, por lo que no se forma el tallo-asa y la transcripción continua.
Atenuación transcripcional
Niveles altos de
triptófano
Niveles bajos de
triptófano
Polipéptido en
crecimiento
Polipéptido en
crecimiento
Transcripción
continua
Atenuador
ARNpoli se
separa del molde
Bucle formado por unión de
región 3 y 4 señala
terminación de transcripción
Ribosoma se une a región 1
Bucle alternativo entre
regiones 2 y 3 (no señal de
terminación de transcripción)
Mecanismos de control en eucariotes
Genoma
• Replicación selectiva de ciertos genes
• Reordenamiento de genes
• Condensación cromatina
• Metilación ADN
• Acetilación de histonas
Modificaciones en la cromatina relacionadas con la transcripción
Código de las histonas: metilación, fosforilación y acetilación
Factores remodeladores del nucleosoma: no se modifican las histonas
Acetilación de las histonas Acetilación de los residuos de lisina por los coactivadores con actividad acetiltransferasa de histonas (HAT)=> neutralizando la carga neta de la histona=> favoreciendo la actividad transcripcional. Correpresores con actividad desacetilasa (HDAC) de histonas=> inhibe transcripción
Secuencias de Regulación
• Promotores principales: Caja TATA e Inr=>unión específico para los factores de transcripción generales
• Secuencias de regulación en cis: controlan la expresión de
genes individuales, ej: caja GC
• Secuencias localizadas a distancia que ligan factores transcripcionales que regulan la RNA pol • Estimuladores (enhancers) si estimulan
• Silenciadores (silencers) si la inhiben
• Aisladores (insulators): dividen a los crs en dominios independientes e impiden que los enhancer actúen sobre promotores adyacentes
Secuencias de Regulación
Acción de factores unidos a enhancer y promotor sobre la ARN polimerasa
Acción de los represores eucarióticos
Dominios de unión al ADN
FTRIIIA, factores reguladores de los promotores, receptores de homonas esteroideas
Proteias activadora de catabolitos (CAP)
Acción de los represores eucarióticos
Activador
Represor
Represor compite con el
activador por unión al ADN
Dominio
represor
Dominio de
unión al ADN
Represor se une al ADN e inhibe la
transcripción
También actúa con correpresores que actúan modificando la cromatina
Regulación de factores de transcripción: fosoforilación Ej. p53
PCNA: antígeno de proliferación nuclear
Estabilización
y aumento de
los niveles de
p53
Regulación de factores de transcripción: hormonal
Control a nivel del procesamiento RNAm • Regulado por el splicing alternativo: Mediante un solo gen
puede codificar una o más proteínas relacionadas.
• http://web.mit.edu/bioedgroup/animations.htm
• http://highered.mcgraw-hill.com/sites/007337797x/student_view0/chapter13/flashcards.html
• http://cdserv1.wbut.ac.in/0-8053-4665-1/bc_russell_igen_mol_2/0,13714,5132917-,00.html
