Acción y

Regulación GénicaRegulación Génica

Contenidos a desarrollarContenidos a desarrollar•• ConceptoConcepto dede GenGen..

•• DogmaDogma CentralCentral dede lala BiologíaBiología MolecularMolecular..

•• ExpresiónExpresión dede lala acciónacción génicagénica enen loslos procesosprocesosmetabólicosmetabólicos:: PostuladosPostulados dede GarrodGarrod..

•• ElEl CódigoCódigo genéticogenético..•• ElEl CódigoCódigo genéticogenético..

••ReplicaciónReplicación deldel ADNADN.. LaLa TranscripciónTranscripción:: elel ARNARNmensajeromensajero.. ConceptoConcepto dede cistrón,cistrón, exonesexones eeintronesintrones..

•• LaLa TraducciónTraducción:: elel ARNARN ribosómicoribosómico.. RibosomasRibosomasyy polisomaspolisomas.. ElEl ARNARN dede transferenciatransferencia..

••RegulaciónRegulación génicagénica enen ProcariotesProcariotes:: induccióninducción yyrepresiónrepresión.. RegulaciónRegulación enen EucariotesEucariotes..

EL GEN:EL GEN:Secuencia de nucleótidos que codifica Secuencia de nucleótidos que codifica un un polipéptidopolipéptido o una molécula de ARNo una molécula de ARN

Acción de los genes

�� Actúa o se expresa formando una Actúa o se expresa formando una proteínaproteína

�� Controlan los procesos bioquímicos de Controlan los procesos bioquímicos de las célulaslas células

El dogma central de la biología El dogma central de la biología molecularmolecular

Desde el punto de vista de la Desde el punto de vista de la Biología Molecular:Biología Molecular:

�� El ADN se El ADN se ReplicaReplica para mantener la para mantener la información genética a través de las información genética a través de las generaciones; se generaciones; se TrancribeTrancribe en ARN y se en ARN y se generaciones; se generaciones; se TrancribeTrancribe en ARN y se en ARN y se TraduceTraduce en en ProteinasProteinas para expresarse.para expresarse.

�� ADN ARN ADN ARN ProteinasProteinas�� replicareplica transcribetranscribe traducetraduce

��GENES ESTRUCTURALESGENES ESTRUCTURALES

Codifican para proteínas o para ARNCodifican para proteínas o para ARN

Según el mensajemensaje

��GENES REGULADORESGENES REGULADORES

Controlan la expresión de los genes estructuralesControlan la expresión de los genes estructuralesSe transcriben en Se transcriben en ARNmARNm y se traducen en proteínas y se traducen en proteínas que activan o inhiben la transcripción de otros que activan o inhiben la transcripción de otros genes.genes.

Síntesis de Proteínas (esquema)Síntesis de Proteínas (esquema)

�� EnEn 19021902 unun médicomédico inglésinglés AA.. GarrotGarrotsugirió,sugirió, queque loslos genesgenes codificancodifican enzimasenzimasqueque controlancontrolan reaccionesreacciones bioquímicasbioquímicas..CuandoCuando ocurreocurre unun defectodefecto enen elel gengen susuenzimaenzima eses insuficienteinsuficiente lolo queque derivaderiva enentrastornostrastornos deldel metabolismometabolismo.. EstudióEstudiódiversasdiversas enfermedadesenfermedades queque sese producenproducendiversasdiversas enfermedadesenfermedades queque sese producenproducenporpor erroreserrores deldel metabolismometabolismo dede loslos aaaafenilalaninafenilalanina yy tirosinatirosina.. LasLas enfermedadesenfermedadesqueque sese producenproducen sonson conocidasconocidas comocomo::Alcaptonuria,Alcaptonuria, FenilcetonuriaFenilcetonuria oo OligifreniaOligifreniaFenilpirúvicaFenilpirúvica,, TirosinosisTirosinosis,, CretinismoCretinismoBociosoBocioso yy AlbinismoAlbinismo..

Albinismo

Expresión de la acción génica en los procesos metabólicos (Garrod, 1902)

Oligofrenia fenilpirúvica

Alcaptonuria: se caracteriza por endurecimiento de

tejidos cartilaginosos, orina oscura por presencia de

ácido homogentísico.

Fenilcetonuria o Oligifrenia Fenilpirúvica: hay alteración

mental por acumulación del acido fenilpirúvico

(detectado a tiempo pueden evitarse daños irreversibles

con una dieta libre de fenilalanina).con una dieta libre de fenilalanina).

Tirosinosis: imposibilidad de oxidar el ácido

parahidroxifenilpirúvico y degradar normalmente la

tirosina.

Cretinismo Bocioso: Produce gran retardo mental y

físico.

Albinismo: incapacidad genética de formar la melanina

Acción de los genes:

Postulados de Garrotgen A

enz aA B

gen B

enz b C

gen C

enz c X

1. El metabolismo se da por pasos con compuestosintermediarios que se convierten en otros en una secuenciaordenada.

2. Cada uno de estos pasos es controlado por diferentesenzimas y por lo tanto por distintos genes.

3. La falta de una enzima produce el bloqueo de la ruta en unpaso y la acumulación de la sustancia anterior a este.

Beadle y Tatum (1941)

Un genUn gen-------------------------------------------- una enzimauna enzima

Un gen Un gen -------------------------------------------- una proteínauna proteína

Un genUn gen-------------------------------------------- un polipéptidoun polipéptidoUn genUn gen-------------------------------------------- un polipéptidoun polipéptido

Por medio de la Transcripción Por medio de la Transcripción y Traducción un gen se expresa y Traducción un gen se expresa

o actúa formando un polipéptidoo actúa formando un polipéptido

Por medio de la Transcripción Por medio de la Transcripción y Traducción un gen se expresa y Traducción un gen se expresa

o actúa formando un polipéptidoo actúa formando un polipéptido

�� Existen proteínas como la hemoglobina humana Existen proteínas como la hemoglobina humana en la que intervienen varios genes en su en la que intervienen varios genes en su formación. La molécula de hemoglobina está formación. La molécula de hemoglobina está formada por 4 cadenas formada por 4 cadenas polipéptidaspolipéptidas: 2 cadenas : 2 cadenas σσ idénticas entre sí y 2 cadenas idénticas entre sí y 2 cadenas ββ también también idénticas entre sí. Las cadenas idénticas entre sí. Las cadenas σσ están están codificadas por un gen localizado en el codificadas por un gen localizado en el codificadas por un gen localizado en el codificadas por un gen localizado en el cromosoma 2, y las cromosoma 2, y las ββ por otro gen ubicado en por otro gen ubicado en el cromosoma 11. Para que la hemoglobina sea el cromosoma 11. Para que la hemoglobina sea funcional deben las 4 cadenas funcional deben las 4 cadenas polipeptídicaspolipeptídicasensamblarse junto a 4 grupos ensamblarse junto a 4 grupos HemoHemo (Fe) en (Fe) en cada una de ellas.cada una de ellas.

Molécula de HemoglobinaMolécula de Hemoglobina

El Código GenéticoEl Código Genético�� Es la forma en la cuál la información Es la forma en la cuál la información

genética se almacena en la secuencia de genética se almacena en la secuencia de nucleótidos de un gen.nucleótidos de un gen.

�� Se debe pasar de un lenguaje de 4 Se debe pasar de un lenguaje de 4 palabras a otro de 3 palabras. Son 4 las palabras a otro de 3 palabras. Son 4 las palabras a otro de 3 palabras. Son 4 las palabras a otro de 3 palabras. Son 4 las bases nitrogenadas distintas presentes en bases nitrogenadas distintas presentes en el ADN.el ADN.

�� Se acepta que son combinaciones Se acepta que son combinaciones tomadas de a 3 de las 4 bases tomadas de a 3 de las 4 bases nitrogenadas lo que da 64 posibilidades:nitrogenadas lo que da 64 posibilidades:

�� (4)(4)33 = 64 = 64

¿Cómo se traduce la información genética¿Cómo se traduce la información genéticacontenida en el ADN para formar las contenida en el ADN para formar las

proteínas?proteínas?

El lenguaje está formado por 64 palabras de 3 letras

TRIPLETETRIPLETE

CODÓNCODÓN

ANTICODÓNANTICODÓN

de 3 letras

�� Triplete:Triplete: secuencia de tres nucleótidos ubicados secuencia de tres nucleótidos ubicados en el ADN y que se transcriben en el en el ADN y que se transcriben en el ARNmARNm, , para codificar un para codificar un aaaa de una proteína.de una proteína.

�� Codón:Codón: secuencia de tres nucleótidos ubicados secuencia de tres nucleótidos ubicados en el ARN mensajero y que codifican un en el ARN mensajero y que codifican un aaaa de de una una proteinaproteina..una una proteinaproteina..

�� AnticodónAnticodón:: secuencia de tres nucleótidos secuencia de tres nucleótidos ubicados en el ARN de transferencia que se ubicados en el ARN de transferencia que se aparea con el codón correspondiente del ARN aparea con el codón correspondiente del ARN mensajero durante la traducción. mensajero durante la traducción.

Código GenéticoCódigo Genético

El Código Genético es El Código Genético es UniversalUniversal, es el mismo , es el mismo para todos los seres vivos y también se dice para todos los seres vivos y también se dice que es que es DegeneradoDegenerado,, porque varios codones porque varios codones codifican al mismo aa. codifican al mismo aa. Existen codones que corresponden a una Existen codones que corresponden a una Señal Señal de iniciaciónde iniciación del mensaje, especifican el primer del mensaje, especifican el primer aaaa de una de una proteinaproteina, comúnmente el , comúnmente el AUG AUG y que y que aaaa de una de una proteinaproteina, comúnmente el , comúnmente el AUG AUG y que y que codifica, en muchos casos, a la codifica, en muchos casos, a la metioninametionina. . Otros codones marcan el final de la traducción, Otros codones marcan el final de la traducción, son una son una Señal de terminaciónSeñal de terminación o “stop”, los mas o “stop”, los mas comunes son comunes son UAAUAA, , UAGUAG, y , y UGAUGA..

�� La La REPLICACIÓNREPLICACIÓN ocurre en el ADN, para ello ocurre en el ADN, para ello ambas cadenas se separan totalmente y se ambas cadenas se separan totalmente y se copian las dos. copian las dos.

�� La La TRANSCRIPCIÓNTRANSCRIPCIÓN también ocurre en el también ocurre en el ADN, la separación de las cadenas es parcial y ADN, la separación de las cadenas es parcial y solo se transcribe una de ellas, en el lugar del solo se transcribe una de ellas, en el lugar del solo se transcribe una de ellas, en el lugar del solo se transcribe una de ellas, en el lugar del gen a copiar.gen a copiar.

�� La transcripción se da por acción de la La transcripción se da por acción de la ARN ARN polimerasa. polimerasa.

�� Se transcriben 3 tipos de ARN: Se transcriben 3 tipos de ARN: mensajeromensajero, , de de transferenciatransferencia y y ribosomalribosomal..

ARN mensajeroARN mensajero� Es una molécula de ARN que contiene la

información genética sobre la secuencia de aminoácidos de una proteína.

� El ARNm es el único que se traduce y se trata de una molécula inestable.trata de una molécula inestable.� Procariotes: El ARNm es la copia exacta

complementaria del ADN.� Eucariotes: el ARNm sufre un proceso de

maduración antes de salir del núcleo.� EXON: codifican para una proteína

� INTRÓN: no codifican

TRANSCRIPCIÓNTRANSCRIPCIÓN

TRANSCRIPCIÓNTRANSCRIPCIÓN

Se transcriben 3 tipos de ARN: ARNm (5%)ARNt (15%)ARNr (80%)

La La región o segmento de ADN que región o segmento de ADN que codifica una proteína se denomina:codifica una proteína se denomina:

CISTRÓNCISTRÓN

�� PROCARIOTESPROCARIOTES---- ARNmARNmPolicistrónicosPolicistrónicos

�� EUCARIOTES EUCARIOTES ------ARNmARNmMonocistrónicosMonocistrónicos

TRADUCCIÓNTRADUCCIÓN�� Es el 2º paso en la síntesis de Es el 2º paso en la síntesis de polipéptidospolipéptidos y y

ocurre en el citoplasma (en Eucariotas).ocurre en el citoplasma (en Eucariotas).�� Los ribosomas están compuestos por dos Los ribosomas están compuestos por dos

subunidades. El subunidades. El ARNmARNm se ubica entre las dos se ubica entre las dos subunidades del ribosoma.subunidades del ribosoma.subunidades del ribosoma.subunidades del ribosoma.

�� Una sola molécula de Una sola molécula de ArNmArNm es traducida por es traducida por varios ribosomas, y de cada uno va saliendo varios ribosomas, y de cada uno va saliendo un un polipeptidopolipeptido..

La Traducción: El RibosomaLa Traducción: El Ribosoma

TRADUCCIÓNTRADUCCIÓN

Traducción

ARN ribosómicoARN ribosómico

�� El El ARNrARNr es una molécula de ARN es una molécula de ARN altamente estable y que constituye un altamente estable y que constituye un componente estructural del ribosoma.componente estructural del ribosoma.componente estructural del ribosoma.componente estructural del ribosoma.

�� Tanto en células procariontes como en las Tanto en células procariontes como en las eucariontes, múltiples ribosomas pueden eucariontes, múltiples ribosomas pueden unirse a un único unirse a un único ARNmARNm, generando una , generando una estructura conocida como estructura conocida como PolirribosomaPolirribosoma o o PolisomaPolisoma

ARN de transferenciaARN de transferencia..�� Son moléculas de bajo PM, constituidas Son moléculas de bajo PM, constituidas

por entre 25 por entre 25 –– 80 nucleótidos. Si bien, son 80 nucleótidos. Si bien, son moléculas moléculas monocatenariasmonocatenarias hay sectores en hay sectores en los que las bases complementarias se los que las bases complementarias se aparean y toman la forma de una hoja de aparean y toman la forma de una hoja de aparean y toman la forma de una hoja de aparean y toman la forma de una hoja de trébol. Su función es transportar a los trébol. Su función es transportar a los aaaaal ribosoma y reconoce los codones del al ribosoma y reconoce los codones del ARNmARNm colocando los colocando los aaaa en el orden en el orden adecuado durante la síntesis de adecuado durante la síntesis de proteinasproteinas..

�� Se trata de moléculas estables, donde Se trata de moléculas estables, donde cada una se une a un cada una se une a un aaaa particular.particular.

ARN de transferenciaARN de transferencia

Esquema tridimensional del ARN de Esquema tridimensional del ARN de transferencia de la fenilalaninatransferencia de la fenilalanina

Regulación

GénicaGénica

�� Todas las células de un individuo contienen la Todas las células de un individuo contienen la misma información genética, sin embargo no la misma información genética, sin embargo no la expresan en su totalidad.expresan en su totalidad.

�� Las células deben controlar Las células deben controlar cuálcuál gen debe ser gen debe ser transcripto y transcripto y cuándocuándo. La regulación puede ser . La regulación puede ser en tres niveles: replicación, transcripción y en tres niveles: replicación, transcripción y traducción. La más frecuente es al comienzo de traducción. La más frecuente es al comienzo de traducción. La más frecuente es al comienzo de traducción. La más frecuente es al comienzo de la transcripción. Resulta mas eficiente la transcripción. Resulta mas eficiente biológicamente y significa menos gasto de biológicamente y significa menos gasto de energía.energía.

�� La regulación génica es diferente en células La regulación génica es diferente en células Procariontes de en células Eucariontes.Procariontes de en células Eucariontes.

Regulación en Regulación en ProcariotesProcariotes�� Presentan 2 clases de enzimas, las Presentan 2 clases de enzimas, las constitutivasconstitutivas

y las y las adaptativasadaptativas. Las constitutivas se producen . Las constitutivas se producen siempre y catalizan procesos que suceden sin siempre y catalizan procesos que suceden sin interrupción. Las adaptativas o inducidas se interrupción. Las adaptativas o inducidas se producen cuando está el sustrato en el medio y producen cuando está el sustrato en el medio y deben ser reguladas. La regulación se hace por deben ser reguladas. La regulación se hace por deben ser reguladas. La regulación se hace por deben ser reguladas. La regulación se hace por 2 mecanismos: 2 mecanismos:

�� 11-- Cambios en la Cambios en la actividadactividad de la enzima.de la enzima.�� 22-- Cambios en la Cambios en la producciónproducción de la enzima.de la enzima.

�� 11-- Cambios en la Cambios en la actividad actividad de la enzima: de la enzima: cuando hay sustrato en el medio cuando hay sustrato en el medio se estimula la se estimula la actividadactividad de la enzima ya formada, para la de la enzima ya formada, para la degradación. Cuando no lo hay se inhibe dicha degradación. Cuando no lo hay se inhibe dicha actividad. Esta regulación es casi instantánea.actividad. Esta regulación es casi instantánea.actividad. Esta regulación es casi instantánea.actividad. Esta regulación es casi instantánea.

�� 22-- Cambios en la Cambios en la producciónproducción de la enzima: de la enzima: cuando hay sustrato en el medio cuando hay sustrato en el medio se produce la se produce la enzima enzima cuando no lo hay no se produce. Es un cuando no lo hay no se produce. Es un control genético, más lento que el anterior.control genético, más lento que el anterior.

La Regulación puede hacerse por Inducción o por Represión. Por inducción es cuando la presencia del sustrato estimula la formación de la enzima, provocando la actividad de los genes. Por represión es cuando la acumulación del producto final inhibe la síntesis de las enzimas que la producen, disminuyendo la expresión de que la producen, disminuyendo la expresión de sus genes.Tanto la inducción como la represión puede hacerse por control negativo, cuando se producen proteínas represoras que impiden la transcripción o control positivo cuando se producen proteínas activadoras que permiten la transcripción.

Ejemplo: Ejemplo: Inducción por control Inducción por control negativonegativo. . OperónOperón laclac..

�� El El operónoperón es un conjunto de genes es un conjunto de genes estructurales de una bacteria junto a un estructurales de una bacteria junto a un promotor y otras secuencias que promotor y otras secuencias que promotor y otras secuencias que promotor y otras secuencias que controlan la transcripción de los genes controlan la transcripción de los genes estructurales. estructurales.

�� El sustrato (lactosa) induce la producción El sustrato (lactosa) induce la producción de enzimas que la degradan y los genes de enzimas que la degradan y los genes reguladores producen reguladores producen proteinasproteinasrepresoras que impiden la transcripción.represoras que impiden la transcripción.

REGULACION EN PROCARIOTESREGULACION EN PROCARIOTESInducción por control negativo

Jacob y Monod, 1961

REGULACION EN PROCARIOTESREGULACION EN PROCARIOTES

REGULACIÓN GÉNICA EN REGULACIÓN GÉNICA EN EUCARIOTESEUCARIOTES

��En un organismo pluricelular todas las En un organismo pluricelular todas las células tienen la misma información genéticacélulas tienen la misma información genética�� Cada célula expresa solamente una parte de Cada célula expresa solamente una parte de su potencialsu potencialsu potencialsu potencial��La expresión génica depende del tejidoLa expresión génica depende del tejido�� Ejemplo: principales proteínas de reserva Ejemplo: principales proteínas de reserva de las semillas (de las semillas (zeínazeína del maíz o del maíz o vicilinasvicilinas de de arvejas)arvejas)

REGULACION EN EUCARIOTESREGULACION EN EUCARIOTES

Bibliografía

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