REGULACIÓN DEL METABOLISMO Regulación Genética del Operón lac Bioquímica Experimental

Regulación de la expresión génica Proceso mediante el cual se induce o reprime la expresión de genes en periodos de tiempo y condiciones diferentes.

Regulación de la expresión génica Genes constitutivos: Se expresan a un nivel constante. Expresión Génica Genes regulables: Genes inducibles o reprimibles, en respuesta a condiciones ambientales

¿A qué nivel se regula la expresión génica? Uno de los niveles de regulación más común, es a nivel transcripcional. Reprimir o inducir la expresión del mRNA.

¿Por qué se regula la expresión de genes? Expresar solo aquellos genes que son necesarios. Reprimir genes cuyos productos interfieran con otros procesos que se están llevando a cabo en la célula al mismo tiempo. Regular procesos de desarrollo.

¿Por qué se regula la expresión de genes? Disponibilidad de nutrientes ¿Los sintetiza o los toma del medio? Gasto de energía y de recursos celulares. ¡Gasto de ATP! SINTETIZAR SOLO LO NECESARIO CUANDO SEA NECESARIO

Metabolismo de Carbohidratos Lac Glu Gal Fuente de energía y estructura. Glucosa, lactosa, galactosa, xilosa; diferentes proteínas para internalizarlos y metabolizarlos. Inducir o reprimir genes según las condiciones ambientales. Metabolismo

Operones Permiten regular de manera coordinada la expresión de genes que codifican productos que participan en una serie de procesos relacionados.

¿Qué es un OPERÓN? Segmento de DNA que codifica para múltiples mRNA con un promotor común adyacente y una región reguladora. Estos genes regulan su propia expresión dependiendo de la presencia o ausencia de un sustrato.

Regulación del metabolismo de lactosa: Componentes del operón lac Componentes Reguladores Genes Estructurales Represor (LacI) β-Galactosidasa Permeasa Transacetilasa Genes estructurales: lacZ, lacY y lacA. Componentes reguladores: Promotor y Operador. Otros reguladores del operon lac: Gen lacI y Represor.

Proteína Represora: LacI Es un homotetrámero cuya unión al operador previene que la RNA polimerasa se una al promotor y lleve a cabo la transcripción de los genes estructurales.

Regulación del operón lac ¡1000 veces más! INDUCCIÓN: Liberación de la represión de los genes estructurales INDUCTORES: Compuestos que alostéricamente inactivan a la proteína represora. Ejemplo: Alolactosa, IPTG.

Jacob y Monod Mutantes deficientes en la regulación del metabolismo de lactosa. Utilizaron un análogo no metabolizable de la lactosa, el IPTG. Y además realizaron ensayos de complementación; con ayuda del factor F’ que acarreaba la región cromosomal lac. IPTG

Los genes se controlan juntos… lacZ, lacY y lacA se controlaban de manera coordinada y que se encontraban muy cercanos en el cromosoma.

Evidencia genética del operador y del represor… Mutaciones que alteraban la expresión de los genes estructurales: en el sitio regulatorio (operador lac) y en la proteína reguladora (proteína represora LacI). Mutaciones Oc; estas mutaciones hacen al operador incapaz de unirse a su represor y el operón esta siempre encendido

Evidencia genética del operador y del represor…

Evidencia genética del operador y del represor… Mutaciones I-; basta una copia del gen I+ para regular ambas copias del operón en una célula parcialmente diploide.

Evidencia genética del operador y del represor…

Evidencia genética del alosterismo… Mutación Is, represión de los genes estructurales aún en presencia del inductor.

Evidencia genética del alosterismo…

Represión catabólica Disponibilidad de glucosa. Sino hay glucosa… ¡Gasto de energía! Glucosa mRNA lac Minutos después de la adición de IPTG La represión de la expresión de los genes necesarios para catabolizar lactosa, galactosa, arabinosa y otros carbohidratos en presencia de glucosa, se conoce como REPRESIÓN CATABÓLICA.

Represión catabólica ↑[cAMP] y ¡Se activa el operon lac! ↑[Glucosa] → ↓[cAMP] y viceversa. ACTIVADOR: Incrementa la afinidad de la RNA polimerasa por el promotor y aumenta la transcripción de los genes estructurales

La disociación del represor y la activación deben actuar de manera coordinada y simultáneamente, porque: La RNA polimerasa tiene mucha afinidad por el promotor, pero no puede unirse a él. La RNA polimerasa puede unirse al promotor pero tiene poca afinidad por él, se disociará fácilmente.

Para inducir al operón lac… La inducción del operon lac requiere entonces de lactosa y de bajas concentraciones de glucosa.

En la práctica…

En la práctica…

En la práctica… D-Galactosa (Incolora) 125 L Na2CO3 1 M β-Galactosidasa ONPG (Incoloro) ONP (Amarilo), 420 nm