Regulación de la expresión génica en procariotas

Transcripción

1 Procariotas Eucariotas Regulación de la expresión génica en procariotas replication Diferencias entre la transcripción procariota y eucariota Regulación de la expresión génica ARNm policistrónico transcripción y traducción acopladas ARN Polimerasa única ARNm monocistrónico transcripción y procesamiento acoplados 3 ARN Polimerasas diferentes Ej: Metabolismo de azúcares Bacterias Células eucariotas Glucosa Galactosa Glucosa Lactosa Rafinosa Maltosa Melibiosa Ramnosa 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.

2 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). Operón Unidad transcripcional que contiene: genes estructurales que codifican para proteínas que cumplen funciones relacionadas regiones regulatorias. Activación y desactivación del sistema en el tiempo. Enz. 1 Enz. 2 Enz. 3 Clasificación de los operones de acuerdo a su regulación. Inducción 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 )

3 Represión Operón lactosa Inducible Cuando hay lactosa en el medio, se expresan las enzimas que degradan la lactosa. REPRESION síntesis reducida en respuesta a un metabolito Operón lactosa Los genes del metabolismo de la glucosa se expresan en forma continua en E. coli El metabolismo de los otros azúcares como fuentes energéticas está regulado, es inducible. β-galactosidasa (lacz) lactosa glucosa + galactosa Alolactosa Inductor Permeasa (lacy) Transporta lactosa a través de la membrana Transacetylasa (laca) Función no conocida Lactosa = disacárido (glucosa + galactosa) La lactosa estimula el aumento de 1000 X de la expresión de 3 proteínas.

4 Cis OPERON Trans Promotor Operator Represor Secuencias codificantes Inductor Terminador 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 permeasa y transacetilasa. β-gal Permeasa Transac Mutaciones en las regiones reguladoras 1. Mutaciones en el operador (laco) F laco+ lacz- lacy+ permease (sólo con lactosa) C laco c 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 codificado por 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 - O c Z I + O c Z I - O + Z + / F I I + O c Z + / F O I + O + Z + / F I I + O + Z + / F O c + - I s O + Z I s O + Z + / F I + - -

5 Organización del operon lac de E. coli wt Estado funcional del operon lac de E. coli wt en medio sin lactosa Estado funcional del operon lac de E. coli wt en medio con lactosa Modelo de la proteína tetrámero represor lac (4 polipéptidos)

6 Regulación Positiva En el operón lactosa existe otro mecanismo de control CAP-AMPc Cuando la lactosaesla única fuente de carbono en E. coli (medio sin glucosa). La proteína CAP (Catabolite activator protein) se une al AMP cíclico. CAP se une a un sitio blanco 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 niveles de AMPc son bajos. Si se agrega AMPc al medio, se transcribe el operon lac aun en presencia de glucosa. CAP-AMPc-DNA CAP-AMPc-DNA

7 Secuencia del operon lac de E. coli. Regulación del operon lac

8 Operon triptofano Represible Operon Trp de E. coli Codifica 5 enzimas de la síntesis de triptófano 1. Represor/operador (70 X) 2. Atenuación (8 10 X) 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. Regulación del operon Trp de E. coli 1. Represor / operador Operón trp: control negativo, con represión por producto El triptofano es el co-represor protein (enzyme) synthesis trpr PO trpe D C B A active repressor no protein (enzyme) synthesis Una secuencia leader y 5 proteínas de la vía del trp El represor Trp se asocia al promotor en presencia de producto

9 Organización de la región líder/atenuador del operón trp Acoplamiento transcripción-traducción en bacterias Modelo de Atenuación: Ausencia de Trp Modelo de Atenuación: Presencia de Trp Operón trp: : atenuación ATENUACION ANTITERMINACION

10 Secuencia de aminoácidos de los atenuadores (péptidos líder) de los operones de E. coli phe, his, leu, thr, e ilv.