Regulación de la expresión de genes Procariotes y eucariotes

Transcripción Traducción http://oregonstate.edu/instruct/bb331/lecture12/Fig5-20.html

¿Como se regula la expresión de los genes? No todos los genes se expresan en cada momento o en cada tejido o ambiente. En otras palabras no todos los promotores estan activos en un tiempo dado. Hay que tomar una desición: Que genes activar en un momento específico?

¿Como se regula la expresión de los genes? Replicación Transcripción Traducción ADN ARN Proteína Reducir la transcripción del ARNm Destruir el ARNm (hidrolizar) Prevenir el inicio de la traducción en el ribosoma Hidrolizar la proteína producida Inibir la función de la proteína

¿Cómo se inicia la transcripción? http://www.ncbi.nlm.nih.gov/bookshelf/br.fcgi?book=genomes&part=A7002

Mecanismos de regulación de la transcripción Como regular la expresión génica: Disminuir la velocidad a la que se produce el mRNA que codifica para un proteína Hidrolizar el mRNA después de sintetizado, evitando así la traducción Evitar la traducción en el ribosoma Hidrolizar la proteína que se produce a partir del mRNA Inhibir la función de la proteína

Regulación negativa y positiva Negative regulation—Gene is normally transcribed, but binding of a repressor protein prevents transcription.

Regulación negativa y positiva Positive regulation—Gene is not normally transcribed; an activator protein binds to stimulate transcription

Los procariotes generalmente disminuyen la síntesis de ARNm Menor gasto de energía Adaptación rápida a ambientes cambiantes Ejemplo del operón lac en E. coli: tres enzimas codificadas por genes estructurales: b-galactosidasa permeasa b-galactosidasa b-galactosido transacetilasa Beta-galoctosidasa Permeasa: proteina transportadora de la membrana plasmatica, permite importa el azucar. Beta-galoctosidasa: cataliza la hidrólisis de lactosa en en glucosa y galactosa Beta-galoctosidasa transacetilasa: transfiere grupos acetilo desde la Acetil CoA, a cierto beta-galactosidos. Su papel en el metabolismo de la lactosa no es claro. Solo se sintetizan si hay lactosa en el medio, y no hay glucosa La lactosa es un inductor de la síntesis de esas proteínas Que son proteínas constitutivas?

Concentración de la enzima inducible en la célula Un inductor estimula la expresión de un gen que codifica para una enzima Concentración de la enzima inducible en la célula Tiempo después de agregar el inductor (min)

Dos formas de regular una ruta metabólica Regulación alostérica: El producto final inhibe la actividad de la primera enzima Regulación de la síntesis de proteínas: El producto final bloquea la transcripción de los 5 genes. No se producen las enzimas

Organización de los genes procarioticos: el operon lac Que tiene un operón típico: Un promotor Dos o mas genes estructurales Un operador: región de ADN entre el promotor y los genes estructurales Operon: un agrupamiento de genes controlado por un único promotor

Tres formas básicas para controlar la transcripción de un operón Un operón inducible regulado por un proteína represora Un operón reprimible controlado por una proteína represora Un operón regulado por una proteína activadora Operon: un agrupamiento de genes controlado por un único promotor

Tres formas básicas para controlar la transcripción de un operón Aquí se une la proteína represora Aquí se une la ARN polimerasa Operon: un agrupamiento de genes controlado por un único promotor

El operón lac: un sistema inducible La proteína represora tiene un sitio de unión al operador

El operón lac: un sistema inducible La proteína represora tiene un sitio de unión al inductor (lactosa) Sin el represor = siempre ON

Genes reguladores controlan la expresión de otros genes Gen regulador con su promotor Operon: un agrupamiento de genes controlado por un único promotor

En el operón lac, además hay proteínas activadoras! Aquellas que aumentan la tasa de transcripción mediante control positivo

La represión por catabolito regula al operón lac Proteína receptora de cAMP (cAMP receptor protein) Unión mas eficiente de la ARNpol Cuando la lactosa está present y la glucosa es baja, el operon lac se activa por la unión de una proteina llamada cAMP receptor protein (CRP) a el promotor lac, eso resulta en una unión mas eficiente de la ARNpol al ADN, y eso aumenta la transcripción de los genes. ¿Que pasa si hay baja concentración de glucosa y no hay lactosa?

Esta es solo la mitad de la historia Además de ser un sistema inducible, el operon lac es también regulado por represión por catabolitos

La represión por catabolito regula al operón lac Represión por catabolito (glucosa) En presencia de glucosa abundantemente, la CRP no se une al promotor y de esa forma se reduce la eficiencia de la transcripción del operon lac. Este es un ejemplo de represión por catabolito, en el cual la precensi de la fuente de energía preferida reprime otras rutas metabólicas. Altas concentraciones de glucosa reprimen la transcripción

Diferencias entre sistemas inducibles y reprimibles lac triptófano Inducible Reprimible interactúa con sustrato metabólico (inductor) interactúa con producto metabólico (co-represor) Proteína reguladora (represor) No se une al ADN sin el inductor. Se une al ADN (operador) con el co-represor. Rutas catabólicas. Ruta encendida cuando el sustrato está disponible Rutas anabólicas. Ruta encendida hasta que la concentración de producto es excesiva Control del metabolismo

Regulación de la expresión de genes Procariotes y eucariotes

Regulación de la expresión de genes en eucariotes

¿En que pasos se puede regular la expresión de genes en eucariotes?

¿En que pasos se puede regular la expresión de genes en eucariotes?

¿En que pasos se puede regular la expresión de genes en eucariotes?

El inicio de la transcripción en eucariotes Transcription factors act at eukaryotic promoters—regions of DNA where RNA polymerase binds and initiates transcription. Two important sequences: Recognition sequence—recognized by RNA polymerase TATA box—where DNA begins to denature and expose the template strand Transcription factors (regulatory proteins) must assemble on the chromosome before RNA polymerase can bind to the promoter. TFIID binds to the TATA box; then other transcription factors bind, forming a transcription complex.

El inicio de la transcripción en eucariotes

Factores de transcripción, represores y activadores

Factores de transcripción, represores y activadores

¿Cómo se coordina la expresión de genes que se deben transcribir en el mismo estadio o en respuesta a un estrés?

Coordinando la expresión génica Genes to be regulated simultaneously may be far apart or on different chromosomes. Gene expression is coordinated if they have the same regulatory sequences that bind same transcription factors. Example: A regulatory sequence in plant genes called stress response element (SRE)—encodes for proteins needed to cope with drought.

Figure 16.17 Coordinating Gene Expression (2) Genes to be regulated simultaneously may be far apart or on different chromosomes. Gene expression is coordinated if they have the same regulatory sequences that bind same transcription factors. Example: A regulatory sequence in plant genes called stress response element (SRE)—encodes for proteins needed to cope with drought.

Otros mecanismos de regulación Metilación del ADN (ADN metiltransferasas) Remodelamiento de la cromatina Splicing alternativo microRNAs Degradación de proteínas

Metilación de ADN

Metilación de ADN Methylated DNA attracts proteins that are involved in repression of transcription and can inactivate DNA Important in development—early demethylation allows many genes to become active In cancer, misregulation can occur in oncogenes and tumor suppressors

Remodelamiento de la cromatina Each histone has a positively charged “tail” at its N terminus with amino acids. Histone acetyltransferases change the tail’s charge by adding acetyl groups to the amino acids. This opens up nucleosomes and activates transcription

Remodelamiento de la cromatina

Splicing alternativo

microRNAs

Degradación de proteínas en el proteosoma