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Regulación de la Regulación de la expresión génica en expresión génica en
procariotasprocariotas
Procariotas Eucariotas
replication
ARNm monocistrónico
transcripción y procesamiento acoplados
3 ARN Polimerasasdiferentes
Diferencias entre la transcripción procariota y eucariota
ARNm policistrónico
transcripción y traducciónacopladas
ARN Polimerasa única
Regulación de la expresión génicaEj: Metabolismo de azúcares
Bacterias Células eucariotas
Glucosa Galactosa GlucosaLactosa RafinosaMaltosa MelibiosaRamnosa Xilosa
Las bacterias tienen vías catabólicas para varios azúcares, si se expresaran todas implicaría un enorme gasto de energía.
El cambio en la expresión ocurre en pocos minutos.
Sistemas de regulación
Prender y apagar ciertos genes o grupos de genes.
Mecanismo sensor que reconozca que enzimas se necesitan en cada momento, (que genes deben ser expresados).
Activación y desactivación del sistema en el tiempo.
OperónUnidad transcripcional que contiene:
genes estructurales que codifican para proteínas que cumplen funciones relacionadas
regiones regulatorias.
Enz. 1 Enz. 2 Enz. 3
Clasificación de los operones de acuerdo a su regulación.
Ejemplo Vía metabólica
Inducibles Operón lactosa Utilización de nutrientes (catabolismo)
Represibles Operón triptofano Biosíntesis
Constitutivos Metabolismo glucosa Esenciales (housekeeping)
•INDUCCION síntesis aumentada en respuesta a un metabolito
•Inductores gratuitos: metabolitos que inducen el sistema pero no pueden ser metabolizados ( IPTG )
Inducción
Represión
•REPRESION síntesis reducida en respuesta a un metabolito
Operón lactosa
Inducible
Cuando hay lactosa en el medio, se expresan las enzimas que degradan la lactosa.
http://vcell.ndsu.nodak.edu/~christjo/vcell/animationSite/lacOperon/movie.htm
Operón lactosa
Los genes del metabolismo de la glucosa se expresan en forma continua en E. coli
El metabolismo de los otros azúcares comofuentes energéticasestá regulado, es inducible.
Lactosa = disacárido (glucosa + galactosa)
La lactosa estimula el aumento de 1000 X de la expresión de 3 proteínas.
β-galactosidasa (lacZ) lactosaglucosa + galactosa
Alolactosa InductorPermeasa (lacY) Transportalactosa a través de la membrana
Transacetylasa (lacA) Función no conocida
Cis OPERON Trans•Promotor•Operator Represor•Secuencias codificantes Inductor•Terminador
β-gal Permeasa Transac
La regulación se estudia mediante el efecto de mutaciones en los distintos elementos del operón
Mutación del gen lacZ, gen estructural
No hay actividad β-galactosidasa.
Disminuye la producción de permeasay transacetilasa.
Mutaciones en las regiones reguladoras1. Mutaciones en el operador (lacO)
F’ lacO+ lacZ- lacY+ ⇒ permease (sólo con lactosa)C lacOc lacZ+ lacY- ⇒ β-galactosidasa (sin lactosa)
(expresión constitutiva)2. Mutaciones en el promotor (Plac): Afecta la expresión de las 3
3. Mutaciones en el represor (lacI) Bacterias diploides (plásmido F)
F’ lac I+ lacO+ lacZ- lacY+C lacI- lacO+ lacZ+ lacY-
Sin lactosa, no se produce β-galactosidase ni permeasa
Con lactosa, se producen β-galactosidase y permeasa(la lactosa induce).
lacO actúa en cis
El represor codificadopor lacI actúa en trans
Antecedentes genéticos para el modelo del operon.
Los signos + y – se refieren a la presencia ó ausencia de actividad de ß -galactosidasa.
c/lact: lactosa presente
s/lact: sin lactosa
Genotipo c/lact s/lact
I+ O+ Z+ + - I+ O+ Z- - - I- Oc Z+ + + I+ Oc Z+ + +I- O+ Z+/ F’ I+ + -I+ Oc Z+/ F’ O+ + + I+ O+ Z+/ F’ I- + - I+ O+ Z+/ F’ Oc + - Is O+ Z+ - - Is O+ Z+/ F’ I+ - -
Organización del operon lac de E. coli wt Estado funcional del operon lac de E. coliwt en medio sin lactosa
Estado funcional del operon lac de E. coliwt en medio con lactosa Modelo de la proteína tetrámero represor
lac (4 polipéptidos)
RegulaciónPositiva
En el operónlactosa existeotromecanismo de controlCAP-AMPc
Cuando la lactosa es la única fuente de carbono en E. coli (medio singlucosa).
•La proteína CAP (Cataboliteactivator protein) se une al AMP cíclico.
•CAP se une a un sitioblanco del promotor, cambia la conformación del ADN y aumenta la afinidad de la ARN Pol.
•Si hay glucosa y lactosa, se usa preferencialmente la glucosa porque los nivelesde AMPc son bajos.
•Si se agrega AMPc al medio, se transcribe el operon lac aunen presencia de glucosa.
CAP-AMPc-DNA CAP-AMPc-DNA
Secuencia del operon lac de E. coli. Regulación del operon lac
Codifica 5 enzimas de la síntesis de triptófano
Trp presente: Las enzimas no se transcriben. Trp presente: Represor activo. El Trp actúa como co-represor.
Trp ausente: Las enzimas sí se transcriben.Trp ausente: Represor inactivo.
Operon triptofano RepresibleOperon Trp de E. coli
1. Represor/operador (70 X)2. Atenuación (8 – 10 X)
trpR P O trpE D C B A
active repressor
× protein (enzyme) synthesis
no protein (enzyme) synthesis
Regulación del operon Trp de E. coli1. Represor / operador
El triptofano es el co-represor
Una secuencia leader y 5 proteínas de la vía del trpEl represor Trp se asocia al promotor en presencia
de producto
Operón trp: control negativo, con represión por producto
Organización de la regiónlíder/atenuador del operón trpAcoplamiento transcripción-traducción en bacterias
Modelo de Atenuación: Ausencia de Trp
Modelo de Atenuación: Presencia de TrpOperón Operón trptrp: atenuación: atenuación
ATENUACIONATENUACION ANTITERMINACIONANTITERMINACION
Secuencia de aminoácidos de losatenuadores (péptidos líder) de losoperones de E. coli
phe, his, leu, thr, e ilv.