Genética Tema 10 y 11 Regulación de La Expresión Génica

8/16/2019 Genética Tema 10 y 11 Regulación de La Expresión Génica

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-Tema 10 y 11 Regulación de la expresión génica

Regulación en procariotasLa regulación de la expresión génica es necesaria porque una célula no tiene porque expresar todos

sus genes, ya que las células tienen diferentes funciones según la zona donde estén localizadas.

Los genes responsables de las funciones vitales y los que mantienen la vida celular están siempre

activos.

El resto solo están activos aquellos para los que la célula debe tener una función correspondiente a

esos genes, han de ser capaz de producir las proteínas necesarias para la diferenciación de esa

célula.

Los procariotas pueden encontrarse en ambientes variables y dependiendo de las condiciones

ambientales necesitaran unas proteínas u otras, tienen que adaptarse para vivir.

Esto se consigue alterando la expresión de los genes.

Es necesario que todas las células sean capaces de responder a las condiciones ambientales y de

desarrollar la función para las que están encaminadas.Esto se leva a cabo por la regulación génica.

Niveles de regulación Replicación del DNA

Estructura del DNA y de la cromatina

Transcripción del DNA

Procesamiento del RNAm

Estabilidad de RNAm

Traducción del RNAm: permitiendo que se produzca de manera correcta o no.

Modificación postraduccional de proteínas: después de formarse la proteína puedemodificarse hasta llegar a ser una proteína funcional

Este control se lleva a cabo de diversas maneras:

Número de copias de un gen

Existen genes que pueden tener un aumento en el numero de replicaciones con respecto al resto del

genoma, o puede suceder que en determinadas células se produzcan varios ciclos de replicación

seguidos sin que haya división. Es común en plantas.

Su ADN se replica varias veces sin que se divida y se forman células endopoliploides.

Dentro de un mismo genoma no todos los genes se expresan igual, algunos se expresan más fáciles

que otros porque la conformación de la cromatina es diferente.La heterocromatina en muchos casos contiene secuencias de ADN repetidas pero también tiene

secuencias que corresponden a genes, y que no se expresan.

Solo se expresan los de la eucromatina, pero aun así la organización de la fibra se modifica en las

zonas donde hay genes que se activan.

Hay ARN que pueden sufrir procesos de splicing alternativos y se puede llevar a cabo el control de

la expresión dirigiendo por una alternativa o por otra el procesamiento del ARN.

Para que el ARN se exprese necesita que estar intacto, el ARN tiene un periodo de vida y cuando

mayor sea esa vida más posibilidades hay de producir productos génicos.


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El operón Lac: control negativo y control positivoRegulación de la transcripción del DNA Se estudió en bacterias y lo llevaron a cabo Jacob y Monod en 1961.

El desciframiento de la regulación de la transcripción estaba basado en estudios relacionados con el

metabolismo de la lactosa en E.coli.

Las bacterias pueden vivir en un medio con una fuente de hidratos de carbono.La lactosa penetra en la bacteria y por la acción de la β-galactosidasa se descompone en galactosa y

glucosa que utilizará en las rutas metabólicas.

Esta enzima la produce la bacteria solo si hay lactosa presente en el medio y es una enzima

inducible.

Cuando no está presente el inductor que es la lactosa, la cantidad de la enzima es mucho inferior a

cuando si está presente que hace que aumente considerablemente.

Ese inductor puede ser un derivado de la lactosa como los galactosilos, que actúan como la lactosa

pero con menor eficacia.

Descubrieron que los inductores eran capaces de hacer que la célula empezase a producir la β-galactosidasa y la permeasa que cataliza la entrada de lactosa al interior de la bacteria.

El inductor también inducía la formación de togalactósido transacetilasa.

El inductor disparaba la síntesis de la inducción de las 3 enzimas a la vez de manera coordinada.

Los 3 genes correspondientes son los Z, Y, y A.

Utilizando mutantes de esos genes en distintas combinaciones Y-, Z- y A- si producían las demás

enzimas pero no la β-galactosidasa. Así se pudo elaborar el mapa genético completo.

Utilizando el paso de información a otra mediante un virus, utilizando la transducción que se usa

para llevar a cabo la ordenación de genes muy próximos, se ordenaron los 3 genes.

Se encontró otro gen Y que estaba relacionado con los demás.

El sistema por el que esos genes se transcriben está codificado por el gen Y, que es el mecanismo

por el cual se regula la expresión de los 3 genes.

El gen Y es un gen regulador que produce un RNA que da lugar a una proteína represora dondeexisten 2 dominios.

El de la derecha es capaz de unirse al DNA y por el de la izquierda es capaz de unirse al inductor.

Las células producen esta proteína y este se une a un lugar delante del gen Z y bloquea la molécula

de DNA en ese punto e impide la transcripción, ya que la ADN polimerasa no se puede unir al

promotor. La región a la cual se une el inductor es el operador.

Cuando está presente el inductor se une a un lugar del represor llamado centro alostérico, cambia la

conformación del represor y se separa del DNA. Queda libre y la ADN pol puede llevar a cabo la

transcripción.

Se forma una molécula de RNA que contiene las secuencias codificadoras de los 3 genes y así se

forman las 3 enzimas distintas.

Esto es un RNA policistrónico de 3 genes, es una sola molécula con información correspondiente a

3 genes.


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Este es el mecanismo por el cual se regula la expresión de esa zona del DNA y a esa zona se le

llama operón lactosa, y su expresión está regulada por el gen Y.

Cuando el represor está unido a la región del operador no hay transcripción y cuando está presente

el inductor se une y cambia su configuración dejando libre al operador.

El control negativo impide que se de la transcripción.Primero se realizó el mapa genético y se vió como estaban localizados los genes.

Después se determinaron las funciones de los distintos genes.

La acción de I era desconocida hasta que se encontraron un tipo de mutantes I-, que producen un

RNA que no origina una proteína represora normal, no forman represores, por lo que el operón está

funcionando continuamente. La célula siempre tiene las 3 enzimas haya o no inductor.

A las células I- se las denominó mutantes constitutivos, siempre se produce de manera continua.

Un sistema inducible es el que se produce si está presente el inductor.

Con esos mutantes determinaron que la localización de I era al lado de Z.


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Efecto en trans de I+

Obtuvieron diploides parciales que son bacterias que tienen en el cromosoma el operón y un factor

F´ donde estaban presentes los genes del operón. Con estos diploides se consigue tener repetido 2

veces en la misma bacteria el operón, uno en el factor F´ y otro en el cromosoma.

Cuando había inductor se expresaban los dos.

Cuando se añade inductor en el diploide parcial I+ produce un represor e inhibe los demás genes yesa bacteria produce los 2 tipos de enzimas

El represor producido por el alelo normal era activo y cuando estaba presente el inductor dejaba

libre a los operadores, el otro alelo no produce represor activo y nunca interfiere en la transcripción,

es un alelo recesivo que no se manifiesta cuando está el alelo normal.

Puede actuar tanto sobre los genes de un lado como en los de otro.

Β-galactosidasa

I- 0 ' Z+ Y-

I+ 0' Z- Y+

permeasa

El inductor se une al represor y a partir de 0 se produce en uno una enzima y en el otro la otra

enzima.

Mutantes de Is

Is en un diploide parcial es dominante sobre I+, cierra los dos operones y nunca funcionan.

Mutante operador constitutivo Oc

Son operadores constitutivos que actúan en cis.

Son mutantes que producen de manera continua la síntesis de estas enzimas al igual que los I-, pero

cuando se forman los diploides parciales se ve que actúan el operador Oc solo sobre los genes que

están unidos a el.


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I+ P 0 Z+ Y-

Inductor +represor

permeasa

I+ P 0c Z- Y+

El represor reconoce al operador normal O pero no puede reconocer al Oc por lo que en ausencia de

inductor se produce permeada, y si le añadimos inductor se desbloquea el operador, queda libre, hay

transcripción y se produce β-galactosidasa. El operador sigue abierto abajo y se sigue produciendo permeasa.

En ambos casos siempre se produce permeasa.

Todo esto explica como se produce el control negativo de la transcripción.

La transcripción del operón Lac está regulada por la acción de un represor que interacciona con el

operón.

Existe un gen regulador que produce un represor que se une a la región del operador.

A continuación del operador están Z, Y y A que son genes estructurales ya que codifican para las

enzimas. También hay una región promotora a la que se une la ARN polimerasa.

El control negativo reprime la transcripción.

Existe otro tipo de control positivo porque favorece o promueve la transcripción.

Se puso de manifiesto porque el control negativo lo podemos poner en relieve cuando las bacterias

crecen en un medio que solo contiene lactosa. Esta actúa como inductor y se promueve la

transcripción,

Pero si crecen en un medio que contiene glucosa y lactosa el sistema no funciona igual porque a la

bacteria le interesa la glucosa y si la tiene en el medio produce enzimas que la introducen dentro de

la bacteria y la utiliza para sus funciones metabólicas.

El hecho de que la glucosa entre en la bacteria da lugar a que se modifique y se transforme en otros

productos y uno de ellos llamado catabolito impide que funcione este sistema porque no penetra la

lactosa en la bacteria. No se lleva a cabo la inducción porque no se forma la permeasa que es la que permite que la lactosa

entre.


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Este catabolito es un producto resultante de la descomposición de la glucosa pero no está

identificado, se produce en el proceso de modificación de la glucosa y será uno de los productos

originados y actuará con la penetración de la lactosa en la bacteria y con el funcionamiento de la

inducción.

Control catabólico del operón Lac:

La inducción del operón por la lactosa es máxima cuando AMPc y CAP forman uncomplejo.

Cuando hay mucha glucosa, uno de sus productos catabólicos inhibe a la enzima ciclasa del

adenilato, impidiendo la conversión de ATP en AMPc.

Cuando hay poca glucosa no hay producto catabólico, la ciclasa del adenilato está activa yse forma AMPc.

Cuando hay AMPc, esta actúa como un efecto alostérico formando un complejo con CAP.

El complejo AMPc-CAP actúa como un activador de la transcripción del operón Lac,

uniéndose a una región del promotor Lac.

La bacteria utiliza glucosa hasta que no haya más en el medio y entonces se empiezan a activar el

sistema de inducción y se desreprime el operador.

Esto tiene que ver con el hecho de que cuando hay glucosa en el medio y entra en la bacteria los

niveles de AMP cíclico son bajos y este es un compuesto importante para que se produzca la

transcripción de estos genes.

A pesar de eso no es el único que interviene en el proceso de promover la transcripción de otros

genes, ya que hay otro compuesto que es la proteína CAP, relacionada con el catabolito y producida

por un gen crp.

Esta proteína se asocia con AMP c y forma un compuesto que estimula la transcripción del operón

Lac.


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Cuando los niveles de glucosa son altos en el medio, la glucosa o un derivado suyo inactiva la

enzima ciclasa del adenilato responsable de que se forme AMPc a partir de ATP.

Cuando hay poca glucosa o nada, esta enzima se activa y se puede producir el AMPc, que es capaz

de asociarse con CAP y forma el complejo CAP-AMPc que tiene la propiedad de reconocer la

región promotora de este operón.

Cuando eso ocurre la ARN polimerassa llega más fácil al promotor e inicia la transcripción de los

genes estructurales.Se encontraron mutantes del gen crp que producía una proteína CAP no productiva y esos mutantes

tenían muy bajos niveles de esas enzimas ya que se formaban pocas moléculas de ARNm y se

transcribían pocas veces esos genes.

Si el represor es normal se inhibe la transcripción y esto ocurre cuando existe glucosa en el medio.

Si desaparece la glucosa totalmente del medio la única fuente de hidratos de carbono es la lactosa.

La bacteria forma un complejo que cada vez que llega una molécula de ARN polimerasa llega más

fácilmente por lo que llegan más moléculas al promotor y se producen muchos ARN.

La interacción con el ADN hace que forme una curva y esa modificación estructural es una señal

que actúa como señuelo de las ARN polimerasas que acuden allí y empiezan a transcribir el ARN

correspondiente.

El compuesto CAP-AMPc se pega al DNA y en bacterias se puede llevar a cabo una digestión del

DNA que se romperá siempre y cuando no este asociado con otras proteínas.

Si está asociado el trozo de DNA unido al CAP está protegido contra las enzimas que lo degradan.

Ese fragmento se mantiene y se puede aislar para hallar su secuencia.

La zona del promotor tiene el sitio que reconoce CAP y otro sitio que reconoce a la ARN

polimerasa.

El represor protege contra la digestión el DNA y se ha podido determinar la secuencia del DNA

unida al receptor ya que es el último trozo que es capaz de unirse con la ARN polimerasa.

Si está el represor, la ARN polimerasa no se puede unir y así se impide la transcripción.Si está libre puede unirse al promotor y llevar a cabo la transcripción.

Este complejo actúa como un sistema que favorece la transcripción, es un control positivo y es justo

lo contrario a lo que ocurre con el represor.

Ambos sistemas interfieren en la transcripción de los genes de la transcripción.

Si existe una señal del complejo CAP-AMPc esto ocurre mucho más rápido.


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Sistemas enzimáticos inducibles y represiblesExisten sistemas enzimáticos que son inducibles, porque en presencia de un compuesto inductor

como la lactosa empieza a formarse el ARN a partir del cual se originan las proteínas

correspondientes.

Existen sistemas enzimáticos que son represibles, porque hay un compuesto que reprime o impide

que aparezcan los sistemas enzimáticos. Uno de ellos es el triptófano que es un aminoácido esencialy que se produce en unas reacciones a partir de unos elementos como glutamina y ácido corísmico.

Se dan una serie de transformaciones hasta que aparece el triptófano y esas reacciones están

catalizadas por enzimas, cada una de las cuales están controladas por unos genes distintos.

Hay 5 genes estructurales que producen la formación de triptófano y catalizan cada una de esas

reacciones.

Los genes están seguidos en el cromosoma uno junto a otro en orden.

El operador está junto al gen trp y los otros producen las enzimas que intervienen en el final de la

ruta.

El orden de los genes en el operón está relacionado con el orden de las reacciones que catalizan las

enzimas.Esto se determinó por mapas genéticos y el operador se detectó por la presencia de mutantes.

Operón del triptófano, atenuaciónRegulación de la síntesis del triptófano

Existen 3 sistemas distintos que inciden en la producción de triptófano y el elemento común a esos

sistemas es el propio triptófano.

Cuando una célula tiene abundante cantidad o cuando existe en el medio la célula deja de fabricarlo.

Retroinhibición

El propio triptófano inhibe la enzima producida por los genes trpE y trpD, que codifica las primerasreacciones, se asocia a ella, se inactiva y la ruta se para.

Represión de la transcripción

El represor está formado por el producto del gen trpR y el triptófano.

Trp R es inactivo, es una proteína que por si sola no es capaz de reconocer el operador, lo hace

cuando existe triptófano en la bacteria o en el medio.

Este represor inactivo y el triptófano forman un complejo que es capaz de reconocer al operador y

reprimir la transcripción.

El elemento que se une al represor ayuda a que ese represor sea funcional, por eso no es un

inductor, es un correpresor que forma un complejo que reprime la transcripción.

Deja de formarse ARN y no se producen las enzimas de la ruta metabólica del triptófano.

Atenuación

Este sistema se descubrió por el aislamiento de mutaciones que estaban localizadas en una zona que

forma parte de la secuencia líder del ARN.

Cuando esto se transcribe y antes del gen de la iniciación de la transcripción existe una secuencia

líder 5´ UTR que es una secuencia larga.

Se determinó que a los mutantes les faltaba una parte que tenia unos niveles de transcripción

elevados.

Esa zona es una región reguladora importante, por ello se secuenció y la zona que cubría la deleción

era la secuencia que faltaba en el mutante que producía altos niveles de triptófano.

Hay 160 nucleótidos antes de ese triplete.

Se puede traducir un pequeño péptido a partir de un cierto número de tripletes de la secuencia líder.


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Cuando la secuencia se estudia en profundidad se ve que hay secuencias donde pueden

autoaparearse esas regiones y formar diversas estructuras en la región líder del ARN.

El ribosoma reconoce el ARN y empieza a unirse a el, y cuando llega al triplete AUG introduce un

aa y después se va desplazando.

Llega un momento que alcanza los tripletes que codifican para triptófano.

Si en la célula hay alto contenido en triptófano, este se incorpora a la proteína y se sigue

traduciendo, y esto permite que se asocien dos regiones y se forme un lazo que la ARN polimerasa

interpreta como final de la transcripción, por lo que no se forma el ARN completo.

Si hay poco triptófano cuando llega a esos tripletes el ribosoma se queda quieto porque no puede

seguir la síntesis de proteínas y es incapaz de pasar a la región 2.

Se une con la región 3 y forma un lazo que no es una señal de terminación, por lo que la

transcripción sigue y se forma el ARN completo.

Hay una proteína sin papel relevante, solo su traducción actúa como un elemento regulador de la

propia traducción.

En E.coli la mayoría de los genes están regulados por operones.


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Regulación en cascada de fagosEn los fagos T7 la regulación opera de tal manera que la promoción de la actividad de un gen da

lugar al producto de ese gen que actúa como activador de otros genes.

El cromosoma tiene en un extremo 5 genes de la clase 1, luego los de la clase 2 y luego los de la

clase 3.

Los genes que se expresan cuando se produce la infección son los de la clase 1 porque en el

extremo existe más de un promotor reconocido por la ARN polimerasa de E.coli.

Lo reconoce y transcribe una molécula de ARN que lleva ese conjunto de genes.

Después se puede fragmentar y producir distintos ARN que formaran distintas proteínas.

Este proceso produce una proteína que le da seguridad al fago porque impide que las nucleasas de

restricción de la bacteria ataquen al fago. Estas son enzimas que se asocian al ADN del fago y lo

destruyen.

También produce una proteína kinasa que fosforila la ARN polimerasa bacteriana y descompone el

sistema de transcripción de las bacterias.

Además se produce una ARN polimerasa producida por el gen 1 especifica del fago, solo reconoce

el cromosoma del fago y sus promotores correspondientes.

Esta ARN pol transcribe los genes de las regiones de las clases 2 y 3 y también produce una ligasa

que interviene el la replicación del ADN.

Las nucleasas rompen el cromosoma bacteriano y los nucleótidos liberados lo utiliza el fago para

multiplicar su fago.

Hay una regulación iniciada por la ARN pol de E.coli que termina con la regulación de la ARN pol

especifica del fago.

Existe un sistema que puede llevar a cabo la regulación de la traducción.

Esto sucede por la acción de interruptores ribosómicos que son conformaciones que adopta la

secuencia líder del RNA.

Los interruptores ribosómicos son secuencias de ARN presentes en el ARNm que afectan a latranscripción génica.


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El ARN se une al ribosoma por la secuencia líder, y esa secuencia puede adoptar distintas

configuraciones que vienen determinadas por los lazos y por una proteína que se asocia al ARN.

Si la proteína está ausente, la configuración que adopta la secuencia líder es distinta y se puede

producir la unión al ribosoma y la traducción.

Estos sistemas dependen de la conformación de la región líder y de la interacción con proteínas

reguladoras de la traducción.

Regulación de la expresión génica en eucariotasDiferencias entre eucariotas y procariotas:

Los genes eucariotas no están organizados en operones.

La estructura de la cromatina afecta a la expresión génica.

Los activadores parecen ser más comunes que los represores en eucariotas. La membrana nuclear en eucariotas separa en el tiempo transcripción y traducción. En

procariotas suceden de forma simultánea.

Cada gen tiene su propio sistema de regulación, un mismo sistema no actúa simultáneamente sobre

un conjunto de genes que estén en un operón si no solo en un determinado gen.

La regulación es individual.

La estructura de la cromatina en procariotas el DNA está libre en el citoplasma o unido a proteínas y

los elementos reguladores tienen acceso a el.

En eucariotas está asociado a histonas y a otras proteínas que hacen que la cromatina este más o

menos compactada.La regulación de la actividad génica está relacionada con el grado de empaquetamiento de la

cromatina, si esta compactada poco es más fácil de acceder que si está muy compactada.

Cuando los genes se activan en la zona de unión de la ARN pol la cromatina facilita el acceso.

El hecho de que este unido el ADN con las histonas es un obstáculo para que se expresen los genes.

En eucariotas existen secuencias que pueden estar lejos o cerca del gen y esas secuencias pueden

unirse a proteínas con efecto promotor o activador de la transcripción y a veces como represor.

La regulación tiende a activar genes silenciados en un determinado momento.

La membrana nuclear en eucariotas separa en el tiempo en el espacio la transcripción y la

traducción, en procariotas ocurren a la vez.En eucariotas se forma el RNA y cuando madura como mensajero sale al citoplasma y ahí se

traduce.


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Esto implica que este ARN tiene una vida más larga que el bacteriano para que pueda ser expresado,

y esto condiciona como debe ser la regulación de la expresión génica, por lo que añade variantes a

esa regulación.

Control en cis de la transcripciónExisten elementos reguladores que hay en la propia molécula de DNA en el cual están los genes que

van a ser regulados en cis.

Dentro de los elementos en cis está el promotor a la cual se asocia la ADN pol y comienza la

transcripción.

El promotor en eucariotas tiene secuencias TATA y la distancia a la cual está respecto al inicio de

transcripción es mayor. También son distintos los factores de transcripción y las ARNasas.

Dentro del promotor hay otras regiones importantes para que se lleve a cabo la unión de la ARNpol

y el inicio de la transcripción.

Su importancia se puso de manifiesto en experimentos en los cuales se usaban modificaciones

puntuales para ver que ocurría en determinados genes, como los que codificaban la proteína β de la

globina humana.

Si se alteran los nucleótidos de esas secuencias el nivel de expresión baja, esas secuencias juegan un

papel importante como lugares donde fijarse la ARN polimerasa y así se tiene garantía de que se

produzca la transcripción.Se conoce a partir de las mutaciones que se producen en las bases dentro de esas secuencias

promotoras y se determina su efecto sobre el nivel de expresión del gen.

El SV40 es un virus animal que su genoma es utilizado para estudios de expresión para determinar

los promotores.

Cerca de ellos hay secuencias intensificadoras, que son secuencias que están relativamente

próximas al promotor y que son importantes para que se consiga un nivel de transcripción

adecuado.

Están presentes en otros muchos genes que tienen este tipo de identificadores que actúan como

señales donde acuden proteínas que ayudan a que se exprese un gen con un mayor nivel de

expresión.

Para que se inicie la transcripción tienen que unirse dos promotores y uno de ellos es TAF que

reconoce a la secuencia TATA.

Si acude un segundo factor de transcripción 2A se une al complejo y esto es un paso más para quese produzca la transcripción.

Si no se une correctamente llega un inhibidor y cuando alcanza esos elementos se impide la

transcripción.


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El factor 2A impide que lleguen los inhibidores y cuando se han unido actúa como señuelo para otro

factor D y la ARN pol 2 que transcribe los genes nucleares asociada a otro factor de transcripción

2F, llega al complejo y se pega.

Después llegan los factores E, H y J y se unen al conjunto y ese conjunto de receptores basales son

los que permiten que se inicie la transcripción.

Estos factores pueden estar lejos o muy próximos a la secuencia del promotor.

Pueden existir intensificadores próximos a la zona del promotor y otros que estén a miles de pares

de distancia y pueden actuar colaborando para que se produzca una transcripción más activa.

Esto ocurre porque la fibra de cromatina integrada por el ADN y las histonas, se pliega.

Lo más frecuente es que haya activadores, pero puede haber elementos que impiden la

transcripción.

Los intensificadores se asocian a proteínas que son los activadores y estos que se unen a la

secuencia intensificadora de ADN.

Por otro dominio interaccionan con otro número de proteínas que son coactivadores que hacen de

intermediario entre el activador y el complejo del factor de transcripción basal y la ARN

polimerasa.El activador no tiene por que estar asociado, si no que tiene una proteína que es el coactivador.

Así se consigue que la transcripción se lleve a cabo con un nivel adecuado.

Todos los intensificadores actúan de forma simultánea sobre el gen en cuestión.

Estas secuencias son reconocidas por proteínas específicas y se unen a ellas, pero no tienen porque

estar presentes en todas las células.

En las que están facilitan la expresión del gen, y si no puede disminuir en niveles muy bajos la

expresión de los genes.

En organismos pluricelulares distintos tejidos tienen distintas proteínas activadoras, y cada una

reconoce un intensificador distinto.

Para un mismo gen pueden existir activadores específicos de tejidos y su expresión puede llevarse a

cabo de distinta manera en distintos tejidos, según la secuencia con la que promueve los

intensificadores correspondientes y los factores la transcripción.

Los intensificadores están a una distancia grande del gen activador.

Si hay una rotura ocurre una translocación o una inversión y los intensificadores se van a otro lugar,

con lo cual la expresión de ese gen se ve mermada.

Cuando esos intensificadores se van a otro cromosoma se sitúan cerca de otro gen distinto y

también promueven su activación.

Esto ocurre en cáncer o leucemias que están en una zona próxima a un gen y los intensificadores se

van a otro lugar, merman la expresión de un gen y potencian otro y esto transciende en el

comportamiento de las células.

Por una parte interaccionan con la molécula de ADN y por el otro dominio interaccionan con un

coactivador.

A los elementos en cis llegan proteínas y factores de transcripción y esos elementos están

codificados por genes de otra parte del cromosoma.

Son productos de otras proteínas que actúan en la expresión.


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Elementos reguladores en trans: factores de transcripción y esteroidesLos factores de transcripción son factores que junto con la ARN pol transcriben en trans, es decir, se

producen en un sitio distinto a donde actúa.

Los elementos reguladores en trans son los que interaccionan con los cis para que se lleve a cabo la

expresión de la información genética.

Los esteroides son hormonas que se producen en distintas glándulas y en distintos tipos de órganosy a través de la sangre llegan a todas las células.

Dentro de los distintos tejidos las células producen distintas proteínas que reaccionan con esos

esteroides, son las proteínas receptoras de esteroides, y pueden reaccionar o no con su presencia.

Son solubles por lo que se difunden por la membrana y pasan al interior.

Cuando en la célula existe la proteína receptora, se forma un complejo hormona-receptor que puede

llegar al núcleo.

El receptor es una proteína con dominios que interaccionan con el ADN y reconoce secuencias

relacionadas con la hormona que transporta.

El receptor por si solo no reconoce esas secuencias, pero si está asociado con la hormona sireconoce elementos reguladores que son equivalentes a un intensificador y potencian la asociación

del promotor de un determinado gen con la ARN pol para que se lleve a cabo la síntesis de ADN.

Cuando el complejo entra en el núcleo activa determinados genes, la unión del complejo está

determinada por la presencia de la hormona.

Puede ocurrir que estos complejos puedan reprimir genes, aunque lo normal es que lleven a cabo la

expresión de los genes.

La ovoalbúmina se produce en las células y el gen es activado por el complejo receptor estrógeno.

Se activa el gen y produce muchas proteínas que forman la clara de huevo.

La hormona llega a todas partes pero solo se activa el receptor de esa hormona.

Esas proteínas que se asocian con el ADN pueden ser variadas como los activadores o otras

proteínas que también se asocian como el operón Lac o CAP y que intervienen en el control

positivo.

Hay multitud de proteínas que interaccionan con el DNA.

Lo hacen porque son portadoras de dominios que les permite esa asociación al ADN.

Las proteínas homeóticas interaccionan con el ADN y tienen dominios formados por NH2, 3 α-

hélices y COOH. Es un homeodominio hélice-vuelta-hélice.

Esta estructura también la tiene el represor Lac, CAP y receptores de los esteroides.

Dominios y motivos estructurales en los factores de transcripción Los receptores de esteroides y factores de transcripción tienen distintos dominios.

Hay otros dominios como la cremallera de leucina que tiene 2 subunidades que interaccionan entre

si por la interacción entre aa y leucina.

Pueden producir asociaciones con el DNA y son proteínas codificadas por protooncogenes, que son

genes con actividad normal y cuando se modifican pueden dar lugar a la aparición de procesos

cancerigenos.

Otra asociación es entre dímeros de proteínas y DNA. Una molécula del dímero de conformación

hélice-lazo-hélice y por otros dominios positivos interacciona con el DNA que tiene cargasnegativas.


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La estructura de la cromatina es un condicionante para la expresión de los genes, y la formación de

los nucleosomas es una barrera contra la llegada de la ARN pol que impide la transcripción.

Las histonas están organizadas en octámeros que están rodeados por la molécula de DNA que da

dos vueltas.

En el octámero están las proteínas H2A, H2B y H4 y la H1 está fuera del octámero.

Las colas de esas proteínas interaccionan con las cargas del ADN y esto puede ser modificado por lamodificación que sufren las histonas al añadir restos de acetil.

Cuando se produce la acetilación de las histonas la capacidad de asociación de la cola de la histona

con el ADN se limita.

La molécula de ADN pierde la asociación con las histonas y se relaja y la ARNpol puede llegar más

fácil con los factores de transcripción y permitirla.

La activación de los genes está asociada con la acetilación de las histonas y la organización de la

estructura de la cromatina cambia. Es una característica propia de eucariotas.

La acetilación de residuos de las histonas está asociada a la expresión de los genes de esas zonas.

Estas modificaciones ocurren para silenciar o activar los genes.Las que acetilan son las acetilasas, para que el gen se reprima tiene que desaparecer la acetilación y

hay una desacetilación.

Modificación de las histonas:

Las colas de las proteínas histonas, cargadas positivamente, interactuarían con los

grupos fosfato del ADN, cargado negativamente.

La acetilación de las colas debilita sus interacciones con el ADN y permitirían

que algunos factores de la transcripción se unan al ADN.

La acetilación de las histonas altera la estructura de la cromatina y permite que

ciertos factores de la transcripción se unan al ADN.

Metilación del ADN y procesamiento diferencial del ARNLa citosina puede metilarse mediante la acción de metilasas que están asociadas a

proteínas implicadas en el proceso de remodelación de la cromatina.

La citosina está asociada con silenciamiento génico, y está presente en el ADN.

Hay regiones cercanas a las zonas promotoras donde existen bases ordenadas

CpG o GpC, y en esos lugares hay acetilación de la citosina.

Son islas CpG donde se metilan la citosinas que silencian los genes próximos,

tienen que ver con la represión génica.

Es una señal para que acudan proteínas que compactan la cromatina, por lo que no pueden llegar los

factores ni la ARN pol y no se produce la transcripción de esos genes.

Para que se modifique la histona tienen que llegar las acetilasas, y para que lleguen tiene que haber

complejos que sirven de llamada para que esto se pueda producir.

La calcitonina es una hormona que regula el calcio y el fósforo, y dependiendo del tejido en el que

se exprese el gen correspondiente se expresa de una forma y de otra.

Este gen produce un transcrito que en el hipotálamo se expresa de forma distinta a en el tiroides.

Esto es común en genes eucarióticos de animales que pueden tener vías de procesamiento

alternativo dependientes de los tejidos.


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Regulación por RNAi

Actúa sobre la molécula de RNAm, es la regulación por ARN de interferencia.

El ARNi son moléculas de RNA de doble hélice que pueden existir o no en la célula.

Si se introduce, cuando está presente en la célula, tiene una proteína diferente que lo corta y forma

trozos pequeños que son reconocidos por complejos proteicos ris, que se asocia con uno de los

elementos y solo con una de las hebras.Este elemento ris asociado con un trozo del ARNi llega a un ARNm con una secuencia

complementaria al fragmento y se pega.

El ris corta esa molécula de ARN que rota deja de ser funcional e impide la expresión.

En otro caso, tiene partes que se asocian entre si que son reconocidas por la cortadora, lo rompe en

fragmentos, ris se asocia a uno de ellos y a una hebra que llega al ARN e impide la traducción.

Puede ocurrir que algunos ARN se asocien con el ADN y esto es una señal para que acudan enzimasmetiladoras que metilan el ADN.

Esto es una señal para que la cromatina se compacte y se impida la transcripción.

En los dos primeros hay regulación de la vida del ARN y por tanto de la transcripción, se impide

que llegue a los ribosomas porque se rompe.

A) El ARN de cadena doble es cortado por la enzima Dicer para producir pequeños ARN

interferentes (ARNsi).

Los ARNsi se combinan con el complejo proteico RISC y se aparean con las secuencias

complementarias del ARNm.

El complejo corta al ARNm y después del corte, el ARN se degrada.

Los ARNsi degradan a los ARNm por ruptura.

B) Otras regiones de cadena doble de las moléculas del ARN son cortadas por la Dicer para producir microARN.

Algunos ARNmi se combinan con el complejo proteico RISC y se aparean en forma imperfecta con

un ARNm lo que conduce a la inhibición de la traducción.

Los ARNmi conducen a la inhibición de la traducción.

C) Otro ARNmi se unen a secuencias complementarias del ADN y atraen enzimas metiladoras las

cuales metilan el ADN o a las histonas e inhiben la transcripción.

Algunos ARNsi metilan las histonas o ADN e inhiben la transcripción.

El silenciamiento del ARN conduce a la degradación de ARNm o a la inhibición de la traducción o

de la transcripción.


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Regulación de los genes del cromosoma X

Tienen diferentes dosis en hembras y machos, con un sistema de determinación XX e XY.

En las células el funcionamiento de las células está adaptado al contenido de esos genes.

Si no existe ningún tipo de compensación, la hembras producirían en todas sus células el doble de

material genético que los machos, como consecuencia se pueden producir alteraciones en el

desarrollo.

Para evitarlo hay mecanismos de compensación génica que afectan a los genes del cromosoma X.

En los mamíferos la compensación de la dosis génica se lleva a cabo de tal manera que uno de los

cromosomas X esta inactivado y así se consigue una dosis génica efectiva en la misma proporciónen machos y hembras, inactivando parte o el cromosoma X entero.

Esto es la compensación de la dosis génica.

Eso se traduce en la aparición de células femeninas donde aparece un núcleo más pigmentado, ya

que la cromatina está más condensada.

Esa mancha no aparece en células masculinas ya que en esa mancha está condensada toda la

cromatina del cromosoma X, esto es la cromatina sexual o corpúsculo de Barr.

Todos los cromosomas X de una célula de mamífero se inactivan excepto uno.

Como resultado de la inactivación aparecen fenotipos, como las gatas que aparecen con el cuerpo

dividido en sectores con colores distintos.La aparición de las zonas blancas dependen de un gen autosómico, pero el negro y el naranja

dependen del cromosoma X. O es naranja y o es negro.

XOXo parte de las células tienen activo el cromosoma XO y se expresa el naranja, y otras células

tienen activo el Xo y el resultado es un fenotipo variegado.

Ese fenómeno de la inactivación es algo que ocurre transcurrido un cierto tiempo del desarrollo

embrionario en una etapa temprana.

En el ser humano sucede hacia los dos meses y medio después de producirse la fecundación, y

ocurre durante la gestación.

Uno de los cromosomas X de las células en ese momento se inactiva. En unas células se inactiva el

cromosoma X paterno y el otras el materno, y esto es al azar.


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Cuando en una célula se inactiva el XO todas las células descendientes de ella que se generan en el

desarrollo mantienen inactivo ese cromosoma.

La inactivación se transmite a las generaciones filiales, así se originan clones de células y unas

tienen inactivado un cromosoma y otras otro.

Este fenotipo variegado solo se encuentra en hembras y nunca en machos.

La inactivación se lleva a cabo por un mecanismo donde están implicadas modificaciones de lashistonas para que se impida la expresión génica y la cromatina se compacte y se haga menos

accesible a los agentes que facilitan la expresión génica.

Se produce la metilación de la citosina en determinadas posiciones del cromosoma X, y una vez que

se metila se transmite en la generación celular y así la inactivación se mantiene a lo largo del

desarrollo. Esto es la epigenética.

Desarrollo y diferenciación celular

Actividad génica diferencial en el desarrollo

La actividad y la diferenciación celular es que a medida que aumenta el número celular, estas

células se dirigen a determinados linajes.

En cada linaje se expresan genes distintos y así las células se separan funcionalmente, adquierenfisiologías distintas y se constituyen en líneas de diferenciación celular diferentes.

Se produce a lo largo del desarrollo, inicialmente la célula huevo y las embrionarias mantienen la

totipotencia, por lo que la célula por si misma es capaz de desarrollar un organismo.

Esa totipotencia en las plantas la mantienen muchas células, pero en animales la capacidad de

generar un individuo completo se pierde.

Las células madre tienen una gran capacidad de desarrollo porque conservan la totipotencia del

cigoto y no se han diferenciado.

Esa totipotencia que existe en el cigoto pero se pierde en las adultas se pierde por varias causas.

A medida que avanzan las células en el desarrollo se pierden genes y por tanto su funciónLos genes se mantienen por igual en todas las células, pero a lo largo del desarrollo se expresan de

distinta manera en distintas células según el linaje.

Se comprobó que los genes se mantienen salvo casos particulares como los anticuerpos, y eso se

puso de manifiesto con experimentos de plantas que tienen todos los genes y que generan un

organismo completo cultivándolo en un medio adecuado.

Se forma una masa de células de la cual puede diferenciarse una célula completa y la célula adulta

mantiene todos los genes porque mantiene la totipotencia.

Concepto de totipotencia: plantas y transplante nuclear en anfibiosEn plantas se fragmentó tejido del floema de una zanahoria y se aislaron las células individuales.

Después se colocó una sola célula en un medio nutritivo que contenía hormonas de crecimiento y

finalmente se obtuvo una planta completa de una zanahoria.

Esto demuestra que muchas plantas pueden clonarse a partir de células individuales aisladas.

Por tanto el material genético original no se pierde durante el desarrollo.

En los animales se han echo experimentos que tratan de determinar que los genes de las células

diferenciadas están presentes en su totalidad dentro de esas células.

El experimento consistió en hacer un transplante de núcleos de células diferenciadas al citoplasma

del óvulo, porque si no se usa el citoplasma de la célula huevo no funciona.Se eliminó el núcleo irradiando los óvulos por luz ultravioleta, y estos óvulos solo contenían el

citoplasma.


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En ellos se inyectó el núcleo de una célula diferenciada del epitelio del intestino del renacuajo.

Se obtuvieron resultados que no daban lugar a nada, otros que comenzaban a dividirse pero no

terminaban y un bajo porcentaje si consiguió que el desarrollo del organismo se completase, por lo

que no hay pérdida de genes y el núcleo contiene toda la información, a pesar de que las células

diferenciadas no sean capaces de producir un organismo adulto.

Un grupo de investigadores escoceses utilizaron una metodología equivalente, aislaron óvulos de

oveja de cara negra a los cuales se les extraía el núcleo.

Por otro lado aislaron células somáticas de la glándula de una oveja de cara blanca, las cultivaron y

las trataron para que se pusieran en reposo en el periodo G0 del ciclo celular.

Después los núcleos los transplantaron al ovulo sin núcleo, aplicaron corriente eléctrica y se

desencadeno su división que formó una masa que transplantaron al útero de la oveja de cara negra.

Algunos dieron como resultado el nacimiento de una oveja de cara blanca, se había conseguido

clonar un mamífero a partir de una célula somática y del citoplasma de un ovulo distinto paracomprobar que el individuo nacía del núcleo derivado de la oveja de cara blanca.

Esa oveja es la oveja Dolly.

Estos experimentos ponen de manifiesto que los genes se mantienen en la diferenciación celular

pero hay un cambio de expresión.

Desarrollo en Drosophila: etapas del desarrollo, citoplasma polar, mutantes que afectan al

desarrollo, análisis molecular de las mutaciones que afectan al desarrollo.

Célula huevo: cuyos núcleos se dividen muchas veces. A las 9 divisiones el núcleo emigra a la

periferia y se forman unas invaginaciones que originaran células que se ponen en torno a los

núcleos.Larva: tiene unas masas de células que son conjuntos de células que sirven para formar las

estructuras del adulto de la cabeza, el tórax y el abdomen. El resto son tejidos larvarios que

desaparecen en la metamorfosis.

Estos estadios en el desarrollo temprano se producen por la acción de unos genes divididos en tres

tipos:

Genes maternos o de polaridad del huevo: son genes que se expresan en la célula del ovocito o

en las células que lo rodean y el producto de esos genes lo transporta el citoplasma del ovocito.

Establecen la polaridad del embrión, determinan los ejes del cuerpo y una vez que está determinado

empiezan a actuar otros genes.

Genes de segmentación: determinan el número y la polaridad de los segmentos del cuerpo. Una

vez decidido el número y polaridad se establece la identidad de cada segmento.

A continuación hay una regulación en cascada.

Genes homeóticos: establecen la identidad de cada segmento.

Se expresan los genes del grupo uno y cuando están sus productos génicos activan la expresión del

grupo 2, que sus productos activaran los del grupo 3 y darán lugar a la estructura del cuerpo del

animal.


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Algunos genes clave que determinan el eje anteroposterior en las moscas:

Bicoid: está dentro del primer grupo. Se expresa en el ovario regula la expresión de genes

responsables de las estructuras anteriores y estimula al gen Hunchback del segundo grupo.

Nanos: está dentro del primer grupo. Se expresa en el ovario y regula la expresión de losgenes responsables de las estructuras posteriores e impide la traducción del ARNm debida a

la activación de Huchback.

Hunchback: se expresa en el embrión y regula la transcripción de los genes responsables delas estructuras anteriores.

A partir de los mutantes se llegó a los genes y a partir de ellos al producto génico.

El RNA bicoid está en la zona anterior del huevo, y cuando se traduce la proteína resultante está

localizada en la parte anterior, y en el nos ambos se localizan en el interior.

Esto se consigue por que el ARN de bicoid en la 3´ UTR tiene una secuencia que interacciona con

proteínas situadas en los extremos - de los microtúbulos (por el que se fijan a los cromosomas).

Caudno es dos se fija a los extremos + y así se consigue la distribución geográfica de los

mensajeros que da lugar al gradiente de la proteína.

Rodeando a la capa de células está un fluido donde existen unos componentes donde hay una

proteína SPC.

Esto está localizado en la parte ventral porque cuando esta formándose el ovocito está rodeado de

una capa de celular foriculares que producen esa parte y las otras no.

Esa proteína se difunde, pasa al ovocito y se concentra en la región ventral del embrión.

La proteína dorsal Dl está difundida por todo el cigoto y entra por igual en todas las células de la

blástula, pero estas tienen una proteína que captura a la proteína dorsal y la secuestra inactivándola.

Cuando se produce la unión de spz con tol emite una señal que se transmite por el citoplasma, hay

una fosforilación de estas proteínas y se separan quedando la dorsal suelta y es capaz de entrar en

los núcleos.

Cuando entra en el núcleo puede inactivar otros genes de la parte ventral y activar los de la parte

dorsal.

Los genes de segmentación son numerosos y se dividen en:

Genes gap: Anula los segmentos adyacentes.

Los genes gap dividen el territorio del blastómero en 3 o 4 secciones grandes, y esas

secciones se dividen en otras más pequeñas por la acción de los otros genes.

Así se establece el número de segmentos totales y los últimos genes determinan la polaridad

de los segmentos, la parte posterior y la anterior. Unos genes estimulan a otros.

Genes de polaridad segmentaria: afecta a la polaridad de los segmentos. Parte del

segmento es reemplazada por una imagen en espejo de parte de otro segmento.

Genes de la regla de los pares : se expresan en secciones. Anula la misma parte del patrónen segmentos alternados.

Una vez definidos los segmentos, en la parte anterior y la posterior se expresan los genes

homeóticos que hacen que cada segmento sin características se especialice para formar una parte del

cuerpo.

Los genes homeoticos que determinan la identidad de los segmentos individuales en Drosophila, se

encuentran en 2 complejos.


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Son 5 genes que producen las estructuras de los segmentos, están en el mismo cromosoma y en un

orden que es justo el orden en el cual se produce su expresión en el desarrollo.

No se conoce el porque de su disposición.

Se llaman homeóticos porque cuando mutan, dan lugar a que una estructura del cuerpo aparezca en

un lugar que no le corresponde.

Los genes producen un factor de transcripción que se une al ADN y desencadena la expresión deotros genes.

Al ser factores de transcripción tienen un dominio que produce una parte de la proteína que

interacciona con el DNA, es el homeodominio.

Esto es común en vertebrados y en la Drosophila.

Así se van desarrollando las características celulares que formaran el adulto.

Genética Tema 10 y 11 Regulación de La Expresión Génica

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