Regulación de la Expresión Genética en Bacteria

Genes Adaptativos (regulados)- genes cuya actividad es controlada en respuesta a las necesidades de una célula u organismo Genes constitutivos- incluye genes que siempre están activos en una célula en crecimiento. Ej. Genes que codifican para enzimas. Estas enzimas son necesitadas para la síntesis de proteína y para el metabolismo de glucosa.

A falta de pan, galleta Supongamos que una célula de bacteria no esta creciendo en su fuente principal de energía que es el carbohidrato glucosa y se sustituye la glucosa por lactosa. Si la célula quiere utilizar esa fuente de lactosa como energía tiene que sintetizar enzimas que degraden esa lactosa

SISTEMAS INDUCIBLES Y SISTEMAS REPRESIBLES Sistemas inducibles: cuando el sustrato sobre el que va actuar la enzima provoca la síntesis del enzima. Al efecto del sustrato se le denomina inducción positiva. Por ejemplo, en E. coli en ausencia de galactósido (sustrato) hay de una diez unidades de galactosidasa (enzima) por miligramo de materia seca, mientras que en presencia de galactósido se detectan hasta 10.000 unidades de galactosidasa por miligramo de materia seca. Al compuesto que desencadena la síntesis del enzima se le denomina Inductor. Sistemas represibles: cuando el producto final de la reacción que cataliza el enzima impide la síntesis de la misma. Este fenómeno recibe el nombre de inducción negativa. Al compuesto que impide la síntesis del enzima se le denomina correpresor.

SISTEMAS INDUCIBLES Y SISTEMAS REPRESIBLES Los sistemas inducibles se corresponden a procesos catabólicos de degradación, por ejemplo, el operón lactosa, el operón arabinosa, el operón maltosa. Se trata de sistemas enzimáticos encargados de degradar la lactosa, arabinosa, maltosa, etc. Los sistemas represibles se corresponden con procesos síntesis o Anabolismo, por ejemplo el operón triptófano y el operón histina. Se trata de las rutas metabólicas que conducen a la síntesis de triptófano y síntesis de histidina

CONTROL POSITIVO Y CONTROL NEGATIVO Control positivo: Se dice que un sistema está bajo control positivo cuando el producto del gen regulador activa la expresión de los genes, actúa como un activador. Control negativo: se dice que un sistema está bajo control negativo cuando el producto del gen regulador reprime o impide la expresión de los genes, actúa como un represor.

Operon Es un conjunto de genes los cuales están adyacentes uno de los otros y se transcriben juntos formando un mRNA policistronico ( poligénico) La regulación de la síntesis de ese mRNA depende de la interacción entre proteínas reguladoras y sitios reguladores llamados Operadores. El operador esta cerca del gen con la información genética.

Los genes estructurales: llevan información para polipéptidos Los genes estructurales: llevan información para polipéptidos. Se trata de los genes cuya expresión está regulada. Los operones bacterianos suelen contener varios genes estructurales, son poligénicos o policistrónicos. Hay algunos operones bacterianos que tienen un solo gen estructural. Los operones eucarióticos suelen contener un sólo gen estructural siendo monocistrónicos. El promotor (P): se trata de un elemento de control que es una región del ADN con una secuencia que es reconocida por la ARN polimerasa para comenzar la transcripción. Se encuentra inmediatamente antes de los genes estructurales. Abreviadamente se le designa por la letra P. El operador (O): se trata de otro elemento de control que es una región del ADN con una secuencia que es reconocida por la proteína reguladora. El operador se sitúa entre la región promotora y los genes estructurales. Abreviadamente se le designa por la letra O. El gen regulador (i): secuencia de ADN que codifica para la proteína reguladora que reconoce la secuencia de la región del operador. El gen regulador está cerca de los genes estructurales del operón pero no está inmediatamente al lado. Abreviadamente se le denomina gen i. Proteína reguladora: proteína codificada por el gen regulador. Está proteína se une a la región del operador. Inductor: sustrato o compuesto cuya presencia induce la expresión de los genes.

EL OPERÓN LACTOSA: CONTROL NEGATIVO El Operón lactosa, que abreviadamente se denomina Operón lac, es un sistema inducible que está bajo control negativo, de manera que la proteína reguladora, producto del gen regulador i, es un represor que impide la expresión de los genes estructurales en ausencia del inductor. El inductor del sistema es la lactosa

Operon de Lactosa: como fuente de Carbono para Escherichia coli Para lactosa se sintetizan 3 enzimas: β-galactosidasa- enzima que rompe la lactosa y se forma glucosa y galactosa Cataliza también la isomerización de lactosa a alolactosa 2. Lactosa permeasa- trasporta la lactosa a la célula 3. transacetilasa- función no completamente conocida. La molécula inductora es alolactosa (no lactosa misma)

El operon de lactosa fue estudiado por los investigadores Jacob & Monod El gene lac I +- controla los genes . Es un represor que produce una proteína represora. La proteína represora se une al Operador y la RNA polimerasa no puede sintetizar RNAm El represor actúa como un control negativo.

Un control positivo lo es CAP ( proteína catabólica activadora) la cual se enlaza con AMPc y forma un complejo CAP-AMPc. Este complejo facilita la interacción del promotor a la RNA polimerasa y la trascripción.

Regulación del Operon de triptofano La producción de trp se inhibe por el trp presente en el medio de la célula. Esto se conoce como un operon represible. Se observan en este operon 5 genes estructurales A-E. El promotor y el operador se encuentran un tanto alejados de gene trpE.

Entre la región Operador y promotor se encuentra una región trpL o región leader. Entre trp L y cerca de trp E esta el sitio atenuador (att). El sitio atenuador juega un papel importante en la regulación del operon de trp.

Regulación del Operon trp 2 mecanismos de regulación Uso de represor. Una proteína aporepresora se une al triptofano cuando hay mucho triptofano y se une el complejo al Operador. Modelo de atenuación. Depende de la concentración de Trp.

Hay 4 regiones; 1 y2 – pausa 3 y 4- terminación de la trascripción 2 y3 – no terminación. Señal para que la trascripción continué