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Universidad Nacional Autónoma de México. Curso Genética y Biología Molecular (1630) Licenciatura Químico Farmacéutico Biológico. Facultad de Química. Dra. Herminia Loza Tavera Profesora Titular de Carrera Departamento de Bioquímica Lab 105, Edif E 5622-5280 hlozat@unam.mx.

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Presentation Transcript
universidad nacional aut noma de m xico
Universidad Nacional Autónoma de México

Curso Genética y Biología Molecular (1630)

Licenciatura

Químico Farmacéutico Biológico

Facultad de Química

Dra. Herminia Loza Tavera

Profesora Titular de Carrera

Departamento de Bioquímica

Lab 105, Edif E

5622-5280

hlozat@unam.mx

viii regulaci n de la expresi n gen tica
VIII. Regulación de la Expresión genética
  • Objetivo general
    • El alumno identificará los diferentes mecanismos que operan en la regulación de la expresión genética en procariontes y eucariontes
slide5

a) MODIFICACIONES POST-TRADUCCIONALES

b) ZIMÓGENOS

REGULACIÓN COVALENTE

La regulación de la expresión de los genes se establece 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

POSITIVO O NEGATIVO

ALOSTERISMO

POR PRODUCTO,

RETROALIMENTACIÓN

REGULACIÓN DE LA ACTIVIDAD

ENZIMÁTICA

CELULAR

ISOENZIMAS

SÍNTESIS

DEGRADACIÓN

CANTIDAD DE

ENZIMA

slide6

Regulación a nivel de:

  • Transcripción
  • Traducción

DNA

mRNA

Traducción

PROTEÍNA

Transcripción

slide7

Los genes se expresan con diferente eficiencia y se regulan por distintos mecanismos

Aumenta el número de transcritos

Resultando en un aumento en la cantidad de proteína

Regulación transcripcional

slide8

Los genes se expresan con diferente eficiencia y se regulan por distintos mecanismos

A

B

B

B

B

B

B

B

B

Regulación traduccional

B

B

B

B

B

B

B

B

slide9

En bacterias, el principal nivel de regulación es el transcripcional

GENE CON

Regulación negativa (-)

El gene “se apaga”

(no se transcribe o se

transcribe menos)

GENE CON

Regulación positiva (+)

El gene “se enciende”

(se empieza a transcribir o se transcribe más)

slide10

El modelo del Operónlac

F. Jacob J. Monod A. Lwoff

Expresión inducible

slide11

La lactosa es hidrolizada por la -galactosidasa para generar glucosa y galactosa

Alolactosa

La bgalactosidasa también convierte parte de la lactosa en alolactosa

slide12

La síntesis de la b-galactosidasa se induce cuando hay lactosa en el medio

La -galactosidasa se encuentra en niveles muy bajos dentro de la célula si no hay lactosa en el medio.

Su producción se induce cuando se agrega lactosa al medio y se elimina la glucosa de éste.

slide13

En bacterias los genes están organizados en operones por lo que la expresión es coordinada

DNA

RNA polimerasa

slide14

Componentes de un operón

P: promotor de los genes estructurales E1, E2, E3 y 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)

DNA

RNA polimerasa

Un operón es un conjunto de genes, localizados contiguamente en el DNA, que obedece a las mismas señales de encendido o apagado.

slide15

Los operones están formados por genes estructurales y una región de control

Galactosidasa Permeasa Transacetilasa

slide16

Cuando no hay lactosa en el medio, el operónlac está apagado

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

slide17

El inductor se une al represor y éste ya no se une al DNA. La RNA polimerasa reconoce al promotor y transcribe los genes estructurales

Cuando hay lactosa en el medio, el represor se disocia del operador y los genes z, y, a pueden ser transcritos
slide18

El inductor se une al represor y entonces éste ya no se une al DNA, permitiendo la transcripción

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

Operón reprimido

Operón inducido

b Galactosidasa Permeasa Transacetilasa

slide19

El Operonlac se activa para poder utilizar a la lactosa como fuente de carbono

Genes estructurales

Gen regulador

slide20

Normalmente, hay una expresión baja del operónlac lo que permite que haya un poco de b-galactosidasaen la célula

slide21

La lactosa es convertida a alolactosa por la bgalactosidasa. La alolactosa es el inductor del operónlac.

slide22

Si los niveles de glucosa son bajos, hay mucho cAMP.

Aún en ausencia del represor, la activación del operónlacrequiere la pariticipación de un activador: CRP o CAP

Activador CRP.cAMP receptor protein

También se le llama CAP: Catabolite Activator Protein.

CRP une cAMP

Este activador regula la expresión con base en los niveles de glucosa presentes en el sistema

Si los niveles de glucosa son altos, hay poco cAMP.

slide23

Cuando los niveles de cAMP se incrementan, éste se une a la CRP

El complejo CRP-cAMP 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, activándolo.

slide24

El complejo CRP-cAMP se une al promotor del operón de lactosa facilitando la unión de la RNA polimerasa al promotor e incrementando 50 veces la transcripción

slide25

¿Cómo se regula el operónlac cuando hay glucosa en el medio?

+ glucosa

– lactosa

Represor

RNApol

Regulación negativa

No se transcribe

slide26

Regulación del operón de lactosa

Regulación Negativa

Cuando hay glucosa y no hay lactosa, el represor está activo y el operón está apagado, no hay transcripción y no hay b galactosidasa

slide27

¿Qué le pasa al operónlacen presencia de lactosa aún cuando exista glucosa?

+ glucosa

+ lactosa

inductor (lactosa)

RNApol

Debido a la presencia de lactosa el represor se inactiva, por lo que el operón se transcribe, aunque a un nivel bajo (transcripción basal).

La célula prefiere usar la glucosa que otro azúcar

slide28

Cuando hay lactosa y hay glucosa los niveles de cAMP son bajos. La síntesis del mRNA lac es pobre.

slide29

¿Qué le pasa al operónlac cuando hay lactosa en el medio y no hay glucosa?

- glucosa

+ lactosa

Activador

Regulación positiva

La transcripción es alta

slide30

Regulación positiva.

Inducción.

Cuando hay lactosa y la glucosa es baja, los niveles de cAMP son altos. El cAMP se une con la CRP que activa a la RNApol para transcribir al operón lac. Por lo tanto, se sintetiza mucho mRNA lac.

slide31

¿Qué le pasa al operónlac cuando no hay glucosa ni tampoco lactosa?

- glucosa

- lactosa

Como el represor está unido al promotor

¡No hay transcripción!

RNApol

Aunque los niveles de cAMP sean altos y el activador esté presente....

slide32

Regulación negativa

En presencia de glucosa y ausencia de lactosa

En presencia de lactosa y ausencia de glucosa

slide33

Regulación positiva

+ lactosa

[glucosa]

[AMPc]

slide34

Represión por catabolito del operónlac

(Elección del mejor azúcar a metabolizar)

CAP= Catabolite activator protein

Activación del operón lac

slide36

El gen I actúa entrans

La proteína codificada por el gen I actúa reconociendo al operador, por lo que el gen I no necesita estar al lado de un operador para regularlo.

slide37

Secuencia del operador lac al que se une el represor I

Sitio del promotor lac al que se une CAP

slide38

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 cAMP, el cual tiene influencia en la activación del operón lac.

El cAMP actúa uniéndose a una proteína fijadora de cAMP denominada CAP (proteína activadora de catabolitos). Cuando la concentración de este complejo es alta (poca glucosa), el CAP-cAMP 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.

slide39

Operón de triptófano

Este operón incluye cinco genes de enzimas involucradas en la biosíntesis de triptófano. Bajo control del promotor (Ptrp) y del operador (Otrp)

slide40

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

slide41

El OperónTrp

Sin triptófano en el medio

De manera normal, Escherichia coli está expresando su operón Trp. En este caso el represor codificado por el gen regulador, es inactivo.

slide42

¿Qué ocurre cuando hay triptófano en el medio?

Complejo Represor-Corepresor

+ Triptófano en el medio

El triptófano (correpresor) se une al represor, activándolo. Ahora el represor se puede unir al operador impidiendo la transcripción del operón trp.

Regulación negativa

slide43

OPERÓN Lac

OPERÓN Trp

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

Comparación entre Operón Lac y OperónTrp

slide45

Atenuación del operónTrp

Se basa en la existencia de secuencias específicas en el mRNA policistrónico Trp, en la región 5’ del mRNA, que al ser traducidas por el ribosoma y dependiendo de la presencia de tRNATrp, pueden controlar la transcripción .

slide46

En el operón de triptófano hay una región atenuadora en la que dos codones para Trp se encuentran muy juntos

Cuando los niveles de Trp son altos, el ribosoma traduce rápidamente el mRNA incluyendo los dos codones de Trp. Esto favorece la formación de un tallo-asa que 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 no se forma el tallo-asa y la transcripción continua.

slide47

Mecanismo de atenuación

Se basa en la presencia de 4 secuencias invertidas repetidas en el mRNA capaces de formar tallos-asa que pueden pausar la traducción y la transcripción.

+ triptófano

El ribosoma NO se detiene

tRNA-Trp

En presencia de trp hay mucho tRNAtrp por lo que la traducción es rápida, esto hace que se forme un tallo-asa en la región 3-4 que bloquea la transcripción.

Se inhibe la transcripción y traducción del resto del operón

slide48

Mecanismo de atenuación

– triptófano

tRNA-Trp

El ribosoma SE DETIENE

En ausencia de trp hay poco tRNAtrp por lo que la traducción es lenta. Esto hace que se forme un pasador en la región 2-3 que permite que la transcripción del resto del operón continúe.

La transcripción y traducción del resto del operón se lleva a cabo

slide50

Regulación por Shine-Dalgarno

Traducción más eficiente

Traducción menos eficiente

Regulación por posición del gen en el operón

Traducción más eficiente

Traducción menos eficiente