Regulación de la Regulación de la expresión génica en expresión génica en

procariotasprocariotas

Procariotas Eucariotas

replication

ARNm monocistrónico

transcripción y procesamiento acoplados

3 ARN Polimerasasdiferentes

Diferencias entre la transcripción procariota y eucariota

ARNm policistrónico

transcripción y traducciónacopladas

ARN Polimerasa única

Regulación de la expresión génicaEj: Metabolismo de azúcares

Bacterias Células eucariotas

Glucosa Galactosa GlucosaLactosa RafinosaMaltosa MelibiosaRamnosa 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.

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).

Activación y desactivación del sistema en el tiempo.

OperónUnidad transcripcional que contiene:

genes estructurales que codifican para proteínas que cumplen funciones relacionadas

regiones regulatorias.

Enz. 1 Enz. 2 Enz. 3

Clasificación de los operones de acuerdo a su regulación.

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 )

Inducción

Represión

•REPRESION síntesis reducida en respuesta a un metabolito

Operón lactosa

Inducible

Cuando hay lactosa en el medio, se expresan las enzimas que degradan la lactosa.

http://vcell.ndsu.nodak.edu/~christjo/vcell/animationSite/lacOperon/movie.htm

Operón lactosa

Los genes del metabolismo de la glucosa se expresan en forma continua en E. coli

El metabolismo de los otros azúcares comofuentes energéticasestá regulado, es inducible.

Lactosa = disacárido (glucosa + galactosa)

La lactosa estimula el aumento de 1000 X de la expresión de 3 proteínas.

β-galactosidasa (lacZ) lactosaglucosa + galactosa

Alolactosa InductorPermeasa (lacY) Transportalactosa a través de la membrana

Transacetylasa (lacA) Función no conocida

Cis OPERON Trans•Promotor•Operator Represor•Secuencias codificantes Inductor•Terminador

β-gal Permeasa Transac

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 permeasay transacetilasa.

Mutaciones en las regiones reguladoras1. Mutaciones en el operador (lacO)

F’ lacO+ lacZ- lacY+ ⇒ permease (sólo con lactosa)C lacOc 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 codificadopor 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- Oc Z+ + + I+ Oc Z+ + +I- O+ Z+/ F’ I+ + -I+ Oc Z+/ F’ O+ + + I+ O+ Z+/ F’ I- + - I+ O+ Z+/ F’ Oc + - Is O+ Z+ - - Is O+ Z+/ F’ I+ - -

Organización del operon lac de E. coli wt Estado funcional del operon lac de E. coliwt en medio sin lactosa

Estado funcional del operon lac de E. coliwt en medio con lactosa Modelo de la proteína tetrámero represor

lac (4 polipéptidos)

RegulaciónPositiva

En el operónlactosa existeotromecanismo de controlCAP-AMPc

Cuando la lactosa es la única fuente de carbono en E. coli (medio singlucosa).

•La proteína CAP (Cataboliteactivator protein) se une al AMP cíclico.

•CAP se une a un sitioblanco 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 nivelesde AMPc son bajos.

•Si se agrega AMPc al medio, se transcribe el operon lac aunen presencia de glucosa.

CAP-AMPc-DNA CAP-AMPc-DNA

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

Codifica 5 enzimas de la síntesis de triptófano

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.

Operon triptofano RepresibleOperon Trp de E. coli

1. Represor/operador (70 X)2. Atenuación (8 – 10 X)

trpR P O trpE D C B A

active repressor

× protein (enzyme) synthesis

no protein (enzyme) synthesis

Regulación del operon Trp de E. coli1. Represor / operador

El triptofano es el co-represor

Una secuencia leader y 5 proteínas de la vía del trpEl represor Trp se asocia al promotor en presencia

de producto

Operón trp: control negativo, con represión por producto

Organización de la regiónlíder/atenuador del operón trpAcoplamiento transcripción-traducción en bacterias

Modelo de Atenuación: Ausencia de Trp

Modelo de Atenuación: Presencia de TrpOperón Operón trptrp: atenuación: atenuación

ATENUACIONATENUACION ANTITERMINACIONANTITERMINACION

Secuencia de aminoácidos de losatenuadores (péptidos líder) de losoperones de E. coli

phe, his, leu, thr, e ilv.