En esta clase La expresión de los genes es controlada dependiendo del tipo celular, del tiempo de vida de la célula y de los nutrientes y factores de crecimiento del medio Regulación de la expresión génica en procariontes El caso del operón lactosa El caso del operón triptofano Regulación de la expresión génica en eucariontes Regulación a nivel del inicio de la transcripción 15 de Enero 2008

SEÑALES AMBIENTALES genes En bacterias: Presencia o ausencia de nutrientes, temperatura, oxígeno, pH, etc. En organimos multicelulares: Factores de crecimiento y hormonas, nutrientes, entre otros factores. La expresión de genes depende de tipo de célula y de la etapa de diferenciación de las células 15 de Enero 2008

TIPOS DE GENES EXPRESIÓN A UN NIVEL CONSTANTE CONTITUTIVOS GENES INACTIVOS QUE SE ACTIVAN BAJO CIERTAS CONDICIONES INDUCIBLES GENES ACTIVOS, PERO SE SILENCIAN BAJO CIERTAS CONDICIONES REPRESIBLES 15 de Enero 2008

Regulación de la expresión de genes ocurre principalmente en la etapa de la transcripción 15 de Enero 2008

T G A C T A Estructura de un promotor en procariontes +1 +20 -7 -12 -31 -36 5’ mRNA TTGACA AACTGT región -35 TATAAT ATATTA región -10 Sitio de unicio de la transcripción Caja Pribnow 84 79 53 45% 82 T G 64 A C 79 T 44 96% 95 A 59 51 15 de Enero 2008 Secuencias de consenso

Proteínas reguladoras de la transcripción Activadores: Ayudan a la RNA polimerasa a unirse con mayor fuerza al PROMOTOR Aumento de la velocidad de síntesis de mRNA Represores: Impiden la transcripción por la RNA polimerasa disminución de la velocidad de síntesis de mRNA 15 de Enero 2008

A B ACTIVACIÓN DE LA TRANSCRIPCIÓN Transcripción Basal RNA pol GEN DNA Promotor RNA pol ACTIVACIÓN DE LA TRANSCRIPCIÓN Transcripción activada ACTIVADOR GEN A B 15 de Enero 2008

represor Transcripción NO Transcripción REPRESIÓN DE LA TRANSCRIPCIÓN RNA pol DNA Promotor RNA represor NO Transcripción RNA pol DNA Promotor operador 15 de Enero 2008

El operón lactosa en bacterias Contiene los genes de las enzimas que permiten hidrolizar el disacárido lactosa 15 de Enero 2008

La síntesis de -galactosidasa es inducible Concentración de Beta galactodasidasa Tiempo (minutos) 15 de Enero 2008

Descripción del operón lactosa La función del operón lactosa (lac) es producir las enzimas requeridas para metabolizar lactosa y obtener energía cuando ésta es requerida por la célula Descripción del operón lactosa B-galactosidasa permeasa acetilasa 15 de Enero 2008

¿Qué pasa en ausencia de lactosa...? 15 de Enero 2008

¿Y en presencia de lactosa...? 15 de Enero 2008

¿Qué sucede cuando las bacterias están en presencia de glucosa y lactosa? Nº de células/ml Act Beta galactosidasa Glucosa también regula la transcripción de los genes del metabolismo de lactosa Tiempo (min) 15 de Enero 2008

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Resumen de la regulación del operón lactosa Glucosa cAMP Lactosa Transcripción del operón lac Alta Bajo Ausente No transcripción Alta Bajo Presente Baja transcripción Baja Alto Ausente No transcripción Baja Alto Presente Alta transcripción 15 de Enero 2008

Operón triptofano S1 S2 S3 S4 S5 TRIPTOFANO A B C D E Enzimas de la biosíntesis del aminoácido triptofano 15 de Enero 2008

Regulación de la transcripción del operón triptofano Bacterias en medio sin triptofano Bacterias en medio con triptofano No transcripción 15 de Enero 2008

Activación o inactivación de genes (NUTRIENTES, HORMONAS, ETC) Todas las células de nuestro cuerpo tienen los mismos genes, pero no producen las mismas proteínas Activación o inactivación de genes TIPOS CELULARES SEÑALES EXTERNAS (NUTRIENTES, HORMONAS, ETC) miosina colágeno Neurotrans-misores neuronas T. óseo T. muscular Piel hemoglobina queratina 15 de Enero 2008 G. Rojos

Posibles puntos de regulación de la expresión de genes en eucariontes 15 de Enero 2008

Regulación de la transcripción del gen de albúmina Factores de transcripción basal ARN polimerasa C/EBP HNF-1 ? APF APF Gen de albumina Enhancer Promotor Enhancer -30pb -12.000pb +1 +30.000 Regiones “Enhancers” en el ADN se unen a proteínas reguladoras de la transcripción 15 de Enero 2008

Proteínas reguladoras unidas a “enhancers” actúan a distancia induciendo la curvatura del ADN, para permitir su acercamiento al complejo promotor con la RNA polimerasa. 15 de Enero 2008

Cómo se activa un gen en un tipo de célula y no en otro? Núcleo de células hepáticas Núcleo de células de cristalino En el esquema A, los genes de albúmina se expresan porque las células de hígado tienen los activadores necesarios para ese gen En el esquema B, los genes de la proteína cristalino se expresan porque las células de cristalino tienen los activadores necesarios para ese gen 15 de Enero 2008

Regulación de los genes de globina en humanos 22 22 22 15 de Enero 2008

FIN

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Ejemplos: El azúcar lactosa induce la expresión de la enzima -galactosidasa. El aumento de temperatura a 42ºC induce la producción de proteínas de choque térmico. La proteína hemoglobina es producida sólo por glóbulos rojos 15 de Enero 2008

Principal punto de regulación es la transcripción de los genes Se requiere evitar desperdicio de energía. La regulación de la acción de una proteína debe ser controlada lo más temprano posible en el proceso de expresión. Los mecanismos de control transcripcional son de bajo costo. La regulación es ejecutada por a través de la acción de proteínas reguladoras específicas, logrando: Represión o control negativo Activación o control positivo 15 de Enero 2008

Un nuevo concepto: Contactos específicas entre secuencias de ADN y proteínas reguladoras son fundamentales en el control de la transcripción de los genes 15 de Enero 2008

¿Si ustedes fueran bacterias creciendo en un ambiente rico en aminoácidos, preferirían sintetizar sus propios aminoácidos o consumir los que ya están disponibles en el medio? 15 de Enero 2008

¿Cuales son las señales que afectan la expresión de los genes? CÉLULAS (GENES) PROTEÍNAS SEÑALES DEL AMBIENTE ¿Cuales son las señales que afectan la expresión de los genes? En bacterias: expresión de genes responde a la presencia o ausencia de nutrientes, temperatura, oxígeno, pH, etc. En eucariontes: la expresión de genes varía dependiendo del tipo de célula, del grado de diferenciación de las células, de factores de crecimiento y hormonas, entre otros factores. 15 de Enero 2008

Diferentes tipos celulares tienen distintas proteínas y funciones Tipo de célula Función Proteínas principales que produce Músculo Movimiento de partes del cuerpo Mioglobina Piel Mantiene los órganos y tejidos juntos y forma una capa continua, queratina protectora neurona Conduce las señales nerviosas receptores de superficie desde una parte a otra del cuerpo para neurotransmisores Gl. rojos Transporte de O2 y CO2 en el flujo sanguíneo Hemoglobina 15 de Enero 2008

Demostración de que todas las células adultas (diferenciadas) de un organismo multicelular tienen el mismo material genético. Lo que las distingue es la expresión de los genes. 15 de Enero 2008

Control de la expresión de genes por hormonas Receptor de hormona 15 de Enero 2008

Cómo se activa un gen en un tipo de célula y no en otro? Núcleo de células hepáticas Núcleo de células de cristalino 15 de Enero 2008