Regulacion de la expresion genetica

Transcripción

1 Regulacion de la expresion genetica

2 Funcionamiento Operon Lac

3 Funcionamiento Operon Lac

4 Policistron

5 Represion por catabolito

6 Operon Arabinosa

7 Operon Triptofano: Modelo de atenuacion

8 Proteinas alostericas

9 Control expresión génica en procariontes En procariontes, los genes estructurales que codifican para proteínas que cumplen funciones relacionadas se organizan en unidades transcripcionales conocidas como operones. Los operones, de acuerdo a la regulación que presenten, se clasifican como inducibles, represibles y constitutivos.

10 Los operones inducibles son aquellos operones que en condiciones normales no se expresan, pero, en respuesta a un agente inductor se activa, transcribiendo los genes estructurales. El ejemplo clásico de este tipo de operon lo constituye el operon lactosa. Otros ejemplos de operones inducibles son aquellos que codifican para enzimas que participan en el metabolismo de sustratos como operon maltosa, arabinosa, etc... Los operones represibles son aquellos operones que en condiciones normales sí se expresan, pero, en respuesta a un agente represor se activan, inhibiendo la transcripción de los genes estructurales. Ejemplos de este tipo de operon son los operones que codifican para la síntesis de aminoácidos, como operon trp, his, etc... Los operones constitutivos son aquellos operones que siempre se expresan, y por lo tanto no están regulados ni por inductores ni por represores.

11 El modelo del operon lactosa El operon lactosa está formado por un promotor, un operador y 3 genes estructurales. Los elementos regulatorios son el promotor y el operador, que por estar localizados en la misma molécula de DNA que codifica los genes estructurales se llaman cis-actuantes. En estos sitios regulatorios se unen moléculas que controlan la transcripción. Estas moléculas son trans-actuantes, porque no están físicamente ligados a los genes que regulan. En ausencia de la lactosa este operon está regulado por otro gen, un gen regulador i que codifica un represor. El represor se une al operador e inhibe la transcripción de los genes estructurales. Ejerce un control negativo. En presencia de lactosa, la concentración de las enzimas responsable de su metabolismo aumenta rápidamente de 5-10 moléculas a miles por bacteria. Las enzimas son inducibles y la lactosa es el inductor. El inductor se une al represor y lo inactiva. La unión de la RNA polimerasa al promotor permite la transcripción de los genes estructurales. La RNA pol. ejerce un control positivo.

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13 Antecedentes genéticos para el modelo del operon. Se comparan las actividades génicas (+ ó -) en la presencia ó ausencia de lactosa para varios genotipos de E. coli. En algunos de ellos se considera una diploidía parcial, dada por la presencia del factor F con genes del operon. Genotipo Lactosa presente Lactosa ausente I + O + Z I + O + Z I - O + Z I + O c Z I + O + Z + / F I I + O + Z + / F O I + O + Z + / F I I + O + Z + / F O c + - I S O + Z I S O + Z + / F I Los signos + y se refieren a la presencia ó ausencia de actividad de ß -galactosidasa.

14 CAP : Proteína activadora de catabolito La unión de la RNA polimerasa al promotor también requiere de la presencia en el promotor de CAP, proteína activadora de catabolito, la que se une como un complejo CAP-AMPc (AMP cíclico)

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18 Operon arabinosa El operon ara es otro ejemplo de operon inducible, como el operon lac. Pero, en el operon ara una misma proteína regulatoria ejerce un control positivo y negativo. Genes ara B, A y D participan en el metabolismo del azúcar arabinosa. Estos genes están regulados por la proteína codificada por ara C. En ausencia de arabinosa la proteína actúa como represor, uniéndose a sitios regulatorios en ara O y ara I. El control es negativo, no ocurre transcripción. Si la arabinosa está presente, entoces la proteína AraC se une a arabinosa, y este complejo es un activador. El complejo AraC arabinosa se une sólo al sitio ara I del operon y se estimula la transcripción de ara B, A y D. En estas condiciones el control es positivo. Este operon también es activado por CAP.

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20 Operon triptofano Este operon codifica para 5 enzimas que participan en la síntesis de triptófano. Si este aminoácido está presente en cantidades suficientes, las enzimas necesarias para su síntesis se reprimen. Para explicar estos resultados Jacob y Monod proponen un modelo de represión enzimática análogo al sistema lac, con la diferencia que el represor es inactivo y por si solo no puede interactuar con el operador. Pero si el represor se une al trp, forma un complejo que se une al operador y reprime la transcripción. El trp actúa como corepresor.

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22 Mecanismo de atenuacion del Operon Trp

23 El operon triptófano también es regulado por atenuación. En este caso, ocurre que a medida que está siendo transcrito el operon, el RNAm que se está sintetizando comienza a ser traducido. En esta secuencia, existen tripletes para el triptófano. Si no hay trp, estos tripletes no se pueden traducir, y la transcripción continúa (no hay atenuación). En cambio, sí existe trp, estos tripletes sí se traducen pero un poco más adelante aparecen tripletes de término y el ribosoma se detiene. Esto hace que el producto transcripcional adquiera una estructura secundaria tal, que el complejo de transcripción se desestabiliza y la transcripción se detiene. Ha ocurrido atenuación.

24 Comparison of Prokaryotic and Eukaryotic Transcription Eukaryotes Prokaryotes 1. Spatial separation of transcription and translation. 2. Nucleosomes in eukaryotes. 3. Monocistronic. 4. Introns 5. Three different RNA polymerases 6. Accessory proteins required (basal transcription factors) 7. Specific transcription factors 8. Enhancers 1. Transcription and translation simultaneous, no separation in space or time 2. No nucleosomes 3. Polycistronic 4. One RNA polymerase 5. Activation proteins in certain circumstances, but no basal transcription factors 6. Specific inducible activators and repressors 7. UP elements, but no enhancers

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26 Assembly of Basal Transcription Apparatus

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28 Synergistic Action of Activators

29 DNA Looping

30 Eukaryotic Transcription Factors

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33 Cap Mechanism

34 Lac mrna Expression

35 Trp Operon 1

36 Trp Operon 2

37 Attenuation of Trp 1

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39 CONTROL DE LA TERMINACION ATENUACION ANTITERMINACION

40 ATENUACION

41 El operón del triptófano

42 x70 x700

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46 ANTITERMINACION

47 ANTITERMINACION A t B A t B

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50 Antiterminacion 1

51 Antiterminacion 2

52 Eukaryotic Repressor Mechanisms

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55 Estructura del represor triptófano sin triptófano

56 Estructura del represor triptófano con triptófano

57 Estructura del represor triptófano sin triptófano

58 Met Lys Ala Phe Val Leu Lys Gly Trp* Trp* Arg Thr Ser STOP

59 3 4

60 2 3

61 En la ausencia (inicialmente) de AraC REPRESOR Afinidad del represor: arai>>arao2>>arao1

62 En la ausencia de arabinosa y la presencia de glucosa No hay transcripción de arac (promotor arai esta inaccesible) No hay transcripción de ara BAD (AraC no tiene la conformación correcta) RNApolimerasa

63 En la ausencia de arabinosa y de glucosa No hay transcripción de arac (promotor arai esta inaccesible No hay transcripción de ara BAD (AraC no tiene la conformación correcta) CRP (CAP) + camp RNApolimerasa

64 En la presencia de arabinosa y la ausencia de glucosa Represora Activadora

65 Promotores Bacterianos La Plata, 10 de Octubre de 2002

66 DOGMA CENTRAL EN PROCARIOTES

67 Cuándo y en qué cantidad producir proteínas? 0.01% a 2% del total

68 Controles transcripcionales

69 Jacob y Monod 1961 Postulan la existencia de elementos represores

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71 1) Represores 2) Operadores 3) Promotores

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73 Regiones Consenso

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76 Otros tipos de regulación

77 Regulación + Regulación - Atenuación

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79 Control por atenuación -Atenuador: secuencia de ADN localizada entre el promotor y el gen estructural, que impide la progresión de la RNA pol, produciendo terminaciones tempranas de la transcripción - Ejemplo: La deleción de cierta secuencia entre el promotor y el trpe aumenta la expresión del gen (tanto la basal como la reprimida) La atenuación funciona como mecanismo adicional al mecanismo de correpresión

80 - Mecanismo (en procariotas, la transcripción y la traducción están acopladas) Depende de factores externos que controlan la localización del ribosoma: - si el ribosoma traduce la secuencia lider bucle en el RNAm que desetabiliza a la RNA pol - si el ribosoma no la traduce la RNA pol progresa

81 La localización del ribosoma depende de los niveles de triptófano: cómo? - en el péptido líder hay trp; si no hay trp en el medio, no se traduce, y el ribosoma no induce la formación del bucle inhibidor; si hay trp, la posición del ribosoma induce la formación del bucle

82 Elementos UP

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