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TEMA 4 REGULACIÓN DE LA EXPRESIÓN GÉNICA EN PROCARIOTAS

Necesidad de regular la expresión génica

Control positivo y negativo. Sistemasenzimáticos inducibles y represibles

El operón lac de E. coli➢ Elementos que lo componen➢ Funcionamiento del sistema

ALFREDO DE BUSTOS RODRÍGUEZ

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TEMA 4 REGULACIÓN DE LA EXPRESIÓN GÉNICA EN PROCARIOTAS

Necesidad de regular la expresión génica

Control positivo y negativo. Sistemas enzimáticosinducibles y represibles

El operón lac de E. coli➢ Elementos que lo componen➢ Funcionamiento del sistema

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Proceso de expresiónde la informacióngenética codificada enel ADN a través delARNm para dar lugara una proteína.

Gen

ADN

Cadena molde de ADN

Transcripción

ARNm

Tripletes

Traducción en los ribosomas

Proteína

Aminoácidos

Expresión

génica

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Bacteria

ADN

Lactosa

Lactosa

Expresión génica

Enzimas Lactosa

Sacarosa

Sacarosa

Enzimas Sacarosa

Medio Externo

Citoplasma

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Genes y elementos reguladores

➢ Gen: cualquier secuencia de ADN que se transcriba a una molécula deARN.

➢ Genes estructurales: codifican proteínas que se emplean en elmetabolismo o en la biosíntesis, o que desempeñan un papel estructural enlas células.

➢ Genes reguladores: cuyos productos, ya sea ARN o proteínas,interactúan con otras secuencias y afectan su transcripción o traducción.

➢ Elementos reguladores: secuencias de ADN que no se transcriben peroque tienen un papel muy importante durante la regulación de la expresión.

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TEMA 4 REGULACIÓN DE LA EXPRESIÓN GÉNICA EN PROCARIOTAS

Necesidad de regular la expresión génica

Control positivo y negativo. Sistemasenzimáticos inducibles y represibles

El operón lac de E. coli➢ Elementos que lo componen➢ Funcionamiento del sistema

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La transcripción esel principal puntode regulación de laexpresión génica.

Gen

ADN

Cadena molde de ADN

Transcripción

ARNm

Tripletes

Traducción en los ribosomas

Proteína

Aminoácidos

Expresión

génica

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(a) Componentes de la transcripción

ARN polimerasa

Gen

ADN

(b) Unión al molde e inicio de la transcripción

Inserción de

ribonucleótido

(c) Elongación de la cadena

Disociación de σ

Transcrito de ARN

Transcripción en procariotas

Subunidad

sigma (σ)

Cadena

acompañante

Cadena

moldePrimer

nucleótido

Cadena

acompañante

Cadena

molde

ARN naciente

inicio de la transcripción

Cadena

acompañante

Cadena

molde

Cadena de

ARN

Ribonucleótidos

trifosfato (rNTP)

Ribonucleótidos

trifosfato (rNTP)

Heteroduplex

Punto de inicio de

la transcripción

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Un operón es un sistema de expresión coordinada de varios genesestructurales que actúan en una misma ruta metabólica.

Transcripción

Traducción

ARN polimerasa

Gen aPromotor Operador Gen cGen b

Operón

Genes estructurales

ARNm

Proteínas (enzimas)

Ruta metabólica

Precursor X Productos intermedios Producto Y

Regulación de la expresión

en procariotas

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Un gen regulador puede participar controlando la transcripción deloperón.

Promotor Gen regulador

Transcripción Transcripción

Traducción Traducción

Proteína reguladora

ARNm

ARN polimerasa

Gen aPromotor Operador Gen cGen b

Operón

Genes estructurales

ARNm

Proteínas (enzimas)

Ruta metabólica

Precursor X Productos intermedios

Producto Y

Elemento regulador

“Elemento en trans”

“Elementos en cis”ARN

polimerasa

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Control positivo de la transcripción por parte de la proteínareguladora.

En presencia de la proteína reguladora

ARNm

Proteína reguladora (activador)

En ausencia de la proteína reguladora

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Control negativo de la transcripción por parte de la proteínareguladora.

En ausencia de la proteína reguladora

ARNm

En presencia de la proteína reguladora

Proteína reguladora (represor)

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Promotor PromotorRegulador Operador

Operador

Gen d Gen e Gen f

ARN polimerasa

ARN polimerasa

Proteína reguladora

activa

Proteína reguladora

activa

Proteína reguladora

inactiva

Transcripción y traducción

Transcripción y traducción

Transcripción y traducción

No hay transcripción

Genes estructuralesSin sustrato

Con sustrato

Sistema inducible negativo

El precursor actúa como

inductor

Ruta bioquímica

Sustrato Precursor

Productos intermediarios

Producto final

Esquema de un sistema inducible negativo.

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Sin sustrato

Con sustrato

Sistema reprimible negativo

Promotor Regulador

Transcripción y traducción

Transcripción y traducción

Transcripción y traducción

ARN polimerasa

ARN polimerasa

Genes estructurales

Promotor Operador Gen g Gen h Gen i

Ruta bioquímica

PrecursorProductos

intermediariosProducto final (correpresor)

Proteína reguladora inactiva (represor)

Proteína reguladora inactiva ( represor)

Proteína reguladora activa (represor)

Proteína reguladora inactiva (represor)

No hay transcripción

La ARN polimerasa no se puede unir al promotorCorrepresor

Esquema de un sistema reprimible negativo.

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Sistema inducible positivo

Sin sustrato

Con sustrato

Transcripción

y traducción

Transcripción

y traducción

Transcripción

y traducción

No hay transcripción

Promotor PromotorRegulador Operador

Genes estructurales

Proteína reguladora inactiva

Gen j Gen lGen k

Proteína reguladora inactiva

ARN polimerasa

Proteína reguladora inactiva

Proteína reguladora

activa

El precursor actúa como

inductor

Ruta bioquímica

ARN polimerasa

Precursor Productos intermediarios

Producto final

J K L

Esquema de un sistema inducible positivo.

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Sistema reprimible positivo

Sin sustrato

Con sustrato

Transcripción y traducción

Transcripción

y traducción

Transcripción y traducción

No hay transcripción

ARN polimerasa

ARN polimerasa

OperadorRegulador

Genes estructurales

Promotor Promotor Gen m Gen n Gen ñ

M N Ñ

Proteína reguladora activa

Proteína reguladora activa

Proteína reguladora inactiva

El producto final se une a la proteína reguladora

Proteína reguladora inactiva

Ruta bioquímica

Precursor Productos intermediarios

Producto final

Esquema de un sistema reprimible positivo

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TEMA 4 REGULACIÓN DE LA EXPRESIÓN GÉNICA EN PROCARIOTAS

Necesidad de regular la expresión génica

Control positivo y negativo. Sistemas enzimáticosinducibles y represibles

El operón lac de E. coli➢ Elementos que lo componen➢ Funcionamiento del sistema

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Degradación de la lactosa en el interior celular.

Lactosa extracelular

PermeasaMembrana celular

Lactosa

β-galactosidasa

Alolactosa

Galactosa

β-galactosidasa

β-galactosidasa

Glucosa

Citoplasma celular

Medio externo

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El operón lac es un ejemplo de sistema inducible negativo.

PromotorGen regulador

(lacI)

Proteína reguladora

Sitio de unión al operador

Sitio de unión a la lactosa ARN polimerasa

Promotor (lacP)

Operador (lacO) Genes estructurales

lacZ lacAlacY

No hay transcripción

PromotorGen regulador

(lacI)Promotor

(lacP)Operador

(lacO) Genes estructurales

lacZ lacAlacY

Operón Lac

Sin sustrato (lactosa)

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Cadena no molde del

ADN

Región -35 Región -10 Sitio de iniciación de la transcripción

Represor unido al operador

Operador

ARN polimerasa

Promotor

En el operón lac, el operador se superpone con el promotor.

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La presencia de alolactosa induce la transcripción de los genes deloperón lac.

Lactosa (Alolactosa)

Si hay transcripción

Traducción

Transacetilasa β-galactosidasa Permeasa

PromotorGen regulador

(lacI)

Promotor (lacP)

Operador (lacO)

Genes estructurales

Proteína reguladora (inactiva)

Con sustrato (lactosa)

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Lactosa extracelular

Permeasa Membrana celular

Lactosa

β-galactosidasa

Alolactosa

Galactosa

β-galactosidasa

β-galactosidasa

Glucosa

Degradación de lalactosa en el interiorcelular.

Alolactosa

Si hay transcripción

Traducción

Transacetilasa β-galactosidasa Permeasa

Promotor Gen regulador

(lacI)

Promotor (lacP)

Operador (lacO) Genes estructurales

Proteína reguladora (inactiva)

PromotorGen regulador

(lacI)

Proteína reguladora

Sitio de unión al operador

Sitio de unión a la lactosa ARN polimerasa

Promotor (lacP)

Operador (lacO)

Genes estructurales

lacZ lacAlacY

No hay transcripción

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https://www.youtube.com/watch?v=AVuj0q4mKa8

https://www.youtube.com/watch?v=oBwtxdI1zvk&t=24s

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Represión por catabolito: el operón lac es regulado por los niveles deglucosa presentes en el medio.

ATP

ATPATP

ATP

ATP

ATP Adenilciclasa

Poca glucosa

Mucha glucosa

ARN polimerasa

lacO lacZlacP lacY lacA

lacO lacZlacP lacY lacA

ARN polimerasa

Poca transcripción

Enzimas

β-Galactosidasa Permeasa Transacetilasa

LactosaGlucosa

Galactosa

ATP

ATPATP

ATP

ATP

ATPAdenil ciclasa

Transcripción y traducciónOperón lac

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Diferentes niveles posibles deregulación durante la expresión delmaterial genético en eucariotas.Transcripción

ADN

Pre-ARNm (transcrito primario)

ARNmCap poliA

Núcleo

Membrana nuclear Poro nuclear

Ribosoma

Citoplasma

Traducción

Producto proteico

2. Regulación de la transcripción

3. Regulación del procesamiento del ARNm

4. Regulación del transporte

6. Regulación de la traducción

5. Degradación del ARNm

7. Modificación y actividad de la

proteína

1. Remodelación de la cromatina