ESTRUCTURA Y REGULACIÓN GÉNICA Muchos factores, un objetivo

La regulación genética es necesaria en los organismos para: El desarrollo La diferenciación La adaptación

DOGMA CENTRAL DE LA BIOLOGIA

DOGMA CENTRAL DE LA BIOLOGIA

Regulación génica 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

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

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

Estructura de un promotor en procariontes +1 +20 -7 -12 -31 -36 5’ mRNA TTGACA AACTGT región -35 TATAAT ATATTA región -10 Sitio de inicio de la transcripción RNA polimerasa 15 de Enero 2008

MODELO OPERÓN Jacob, Monod y colaboradores analizaron el sistema de la lactosa en E. coli, de manera que los resultados de sus estudios permitieron establecer el modelo genético del Operón que permite comprender como tiene lugar la regulación de la expresión génica en bacterias. Jacob y Monod recibieron en 1965 el Premio Nobel por estas investigaciones Francois Jacob Jacques Monod

Operón El ADN procariota se organiza en paquetes coherentes denominados OPERONES, en los cuales se encuentran los genes para funciones interrelacionadas. Un Operón es grupo de genes estructurales cuya expresión está regulada por elementos de control o genes (promotor y operador) y genes reguladores

Operón

El promotor es la parte del ADN en donde se pega la ARN polimerasa antes de abrir el segmento de ADN a ser transcripto Un segmento del ADN que codifica para un polipéptido específico se conoce como un gen estructural.

Un Operón consiste en:  un operador: controla el acceso de la ARN polimerasa al promotor un promotor: donde la ARN polimerasa reconoce el sitio de inicio de la transcripción un gen regulador: controla el tiempo y velocidad de transcripción de otros genes un gen estructural: codifican las enzimas relacionadas o las proteínas estructurales

El gen regulador codifica para una proteína que se pega al operador, obstruyendo al promotor (y por lo tanto a la transcripción), del gen estructural. Cuando se remueve la proteína represora, puede producirse la transcripción. El operador y el  promotor son sitios de unión sobre el ADN y no se trasncriben.

Los operones son inducibles o reprimibles, de acuerdo al mecanismo de control

Operón lac

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

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

Operón lac. La transcripción es inducida por la eliminación del represor, generada a su vez por el inductor lactosa

Act Beta galactosidasa ¿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

Transcripción activada por la unión del complejo CRP-AMPc al promotor

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

Operón triptófano. La transcripción es reprimida por la unión del represor

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

Niveles de regulación de la expresión génica ARNm inactivo NÚCLEO CITOPLASMA 5. Control de la degradación de los ARNm Transcritos primarios de ADN ADN ARNm ARNm 4. Control traduccional 1. Control transcripcional 2. Control del procesamiento del ARN 3. Control del transporte del ARN Proteína 6. Control de la actividad proteica Proteína inactiva

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

Relaciones entre el control positivo y negativo del operón lac

Ubicación de las secuencias promotoras en procariontes y eucariontes

Control transcripcional: conceptos básicos Promotor: Secuencia de nucleótidos del ADN en la que se une la ARN polimerasa para iniciar la transcripción Caja TATA: Secuencia unos 30 pares de bases arriba del sitio de inicio de la transcripción Elemento promotor ascendente (UPE): Secuencia de 8-12 pares de bases, a corta distancia arriba del sitio de unión para ARN polimerasa Elemento intensificador o facilitador: Secuencia a miles de bases del promotor que es capaz de aumentar la rapidez de la transcripción