REGULACIÓN DE LA EXPRESIÓN GENÉTICA EN PROCARIOTES

Transcripción

1 REGULACIÓN DE LA EXPRESIÓN GENÉTICA EN PROCARIOTES

2 La regulación de la expresión de los genes surge de la necesidad de controlar la actividad de las enzimas o de las proteínas en general, en momentos precisos de la vida de la célula. * ALOSTERISMO POSITIVO O NEGATIVO POR PRODUCTO, RETROALIMENTACIÓN REGULACIÓN DE LA ACTIVIDAD ENZIMÁTICA CELULAR *REGULACIÓN COVALENTE *ISOENZIMAS a) MODIFICACIONES POST- TRADUCCIONALES b) ZIMÓGENOS *CANTIDAD DE ENZIMA SÍNTESIS DEGRADACIÓN

3 Regulación a nivel de: Transcripción Traducción DNA Transcripción mrna Traducción PROTEINA

4 Los genes se expresan con diferente eficiencia Regulación transcripciónal!

5 Los genes se expresan con diferente eficiencia A B B B B B B B B Regulación traducciónal! B B B B B B B B

6 POR LO TANTO, PARA QUE HAYA REGULACIÓN DE LOS GENES TIENE QUE HABER REGULACIÓN POSITIVA Y NEGATIVA GENE CON Regulación positiva (+) GENE CON Regulación negativa (-) El gene se enciende (se transcribe o se transcribe más) El gene se apaga (no se transcribe o se transcribe menos)

7 Regulación en bacteria P: promotor de los genes estructurales E1... E4 R: gen 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) Un operón es un conjunto de genes, localizados contiguamente en el DNA, que obedece a las mismas señales de encendido o apagado.

8 El modelo del Operon LAC F. Jacob J. Monod A. Lwoff Expresión inducible

9 El Operon lac funciona para la utilización de lactosa como fuente de carbono Gen regulador Genes estructurales

10 La -galactosidasa hidroliza a la lactosa para generar glucosa y galactosa También convierte parte de la lactosa en alolactosa

11 La - galactosidasa se encuentra en niveles muy bajos si no hay lactosa en el medio. Su producción se induce cuando se agrega lactosa al medio y se elimina la glucosa de éste.

12 Los operones están formados por genes estructurales y una región de control Galactosidasa Permeasa Transacetilasa

13 El Operon lac funciona para la utilización de lactosa como fuente de carbono

14 El represor unido al sito operador previene la transcripción de los genes z, y, a

15 El represor unido al sito operado previene la transcripción de los genes z, y, a Galactosidasa Permeasa Transacetilasa El inductor se une al represor y entonces éste ya no se une al DNA La poca alolactosa que se formó actúa como inductor.

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18 Aún en ausencia del represor, el promotor del operón lac no es muy fuerte, por lo que requiere la actividad de otras proteínas. Activador CRP. camp receptor protein También se le llama CAP: Catabolite Activator Protein. Si los niveles de glucosa son altos. Si los niveles de glucosa son bajos.

19 Cuando los niveles de AMPc se incrementan, se une a la proteína CRP/CAP El complejo CRP-AMPc 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.

20 El complejo CRP-AMPc se une al promotor del operón de lactosa facilita la unión de la RNA polimerasa al promotor y se incrementa 50 veces la transcripción.

21 Regulación negativa Represor RNA polimerasa + glucosa lactosa No hay transcripción!

22 Regulación del operón de lactosa. Regulación Negativa. Represor No hay lactosa, hay glucosa, el represor está activo y el operón está apagado

23 En presencia de lactosa el represor se inactiva inductor (lactosa) + glucosa + lactosa RNA polimerasa La transcripción es baja (basal)!

24 Hay lactosa, hay glucosa. Los niveles de AMPc son bajos. La síntesis del mrna lac es pobre.

25 Regulación positiva Activador - glucosa + lactosa La transcripción es alta (constitutiva)!

26 Regulación positiva. Inducción Hay lactosa, glucosa es baja, niveles de AMPc son altos. Se sintetiza mucho mrna lac

27 En ausencia de lactosa Aunque el activador esté presente... RNA polimerasa - glucosa - lactosa No hay transcripción!

28 Modelo de la regulación negativa

29 Modelo de la regulación positiva + lactosa [glucosa] [AMPc]

30 Represión por catabolito del operón lac (Elección del mejor azúcar a metabolizar) CAP= Catabolite activator protein Activación del operón lac

31 La región del operador actua en cis y regula a los genes que están fuertemente ligados a éste

32 El producto del gen I (Represor) actúa en trans

33 Modelo de la evidencia genética del alosterismo

34 Sitio del operador lac al que se une el represor I Sitio del promotor lac al que se une CAP

35 El operón lac es un ejemplo de operón inducible, es decir aquel en el cual la presencia de una sustancia específica (en este caso la lactosa) induce la transcripción de los genes estructurales. El operón lac también se encuentra bajo control positivo. Cuando en el medio hay glucosa, la bacteria metaboliza este monosacárido ignorando cualquier otra fuente de carbono disponible. Cuanto menor es la concentración de glucosa en el medio, mayor es la concentración de AMPc, el cual tiene influencia en la activación del operón lac. El AMPc actúa uniéndose a una proteína fijadora de AMPc denominada CAP (proteína activadora de catabolitos). Cuando la concentración de este complejo es alta (poca glucosa), el CAP-AMPc se fija a un sitio específico del promotor lac, aumentando la afinidad de la región promotora para la RNA polimerasa, lo que estimula la transcripción del operón. Para que se exprese el operón lac deben darse dos condiciones en el medio: que esté presente la lactosa y que la concentración intracelular de glucosa sea baja.

36 El Operon TRP Triptofano

37 Regulación negativa del Operón Trp Complejo Represor-Corepresor + Triptofano

38 Comparación entre Operón Lac y Operón Trp OPERÓN LAC OPERÓN TRIPTÓFANO Operón inducible, se expresa en presencia de lactosa. Operón reprimible, se expresa en ausencia de triptófano. La lactosa es el inductor El triptófano es el co-represor El represor se sintetiza en forma activa. Actúa solo. El represor se sintetiza en forma inactiva. Actúa en presencia del co-represor. Sus enzimas participan en un vía catabólica Sus enzimas participan en una vía anabólica

39 Operón de triptofano Este operón incluye cinco genes de enzimas involucradas en la biosíntesis de triptofano. Bajo control del promotor (P trp ) y del operador (O trp )

40 El represor se une a triptofano y este complejo se une al operador reduciendo la transcripción 70 veces aproximadamente.

41 Regulación de la expresión genética (Nivel traduccional)

42 El Operon TRP

43 Mecanismo de atenuación + triptofano trna-trp El ribosoma NO se detiene Se inhibe la transcripción y traducción del resto del operón

44 Mecanismo de atenuación triptofano trna-trp El ribosoma SE DETIENE Ocurre la transcripción y traducción del resto del operón

45 Además de la región operadora y de la región promotora, en el operón de triptofano hay una región atenuadora. En esta región atenuadora hay dos codones para Trp que se encuentran muy juntos. Cuando los niveles de Trp son altos, el ribosoma lee rápidamente el mrna que se está sintetizando incluyendo los dos codones de Trp y provoca la terminación de la transcripción. Cuando los niveles de Trp son bajos, el ribosoma se detiene en los codones de Trp, por lo que la transcripción continua.

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47 Regulación por posición del gen en el operón Traducción mas eficiente Traducción menos eficiente Regulación por Shine-Dalgarno Traducción mas eficiente Traducción menos eficiente