INSTITUTO
TECNOLÓGICO DE CIUDAD ALTAMIRANO
Que
Presenta
unidada 8 REGULACIÓN DE LA EXPRESIÓN GENÉTICA
Nombre
del Alumno
luz eugenia ruiz najera
Número
de Control
08930132
Carrera
Lic
biología
Ciudad ALTAMIRANO, Gro.México. 20de
mayo del 2012
unidad 8 REGULACIÓN DE LA EXPRESIÓN GENÉTICA
este trabajo tiene la finalidad conocer la regulación de laexpresion genética de los células eucarionta y procarionte los eucariontes, en su mayoría, son organismos complejos. Los organismos eucariotas superiores están constituidos por numerosos órganos diferenciados, estando cada órgano constituido por diferentes tipos de célula. Sin embargo, los miles de millares de células que constituyen estos organismos provienen de una sola célula diploide y para llegar a este resultado, se ponen en juego dos procesos: la multiplicación celular y la diferenciación. La diferenciación debería ser el resultado de "encender" y "apagar" diferentes genes. Pero para obtener un organismo "funcional" no es suficiente que sus células se diferencien. También hace falta que éstas respondan de manera adecuada al ambiente. Para esto es necesario que la expresión de cada uno de los genes autorizados a expresarse para la diferenciación esté perfectamente regulado.
En las bacterias, los sistemas de regulación de expresión de los genes son relativamente sencillos, porque la regulación se limita casi exclusivamente a un control de la transcripción, traduciéndose todo mensaje transcrito inmediatamente en proteínas. El objetivo de la regulación de genes se convierte en el ajuste de la maquinaria enzimática de la célula al ambiente nutricional y físico inmediato con el fin de permitir el crecimiento y la división de la célula bacteriana. En eucariontes, la cosa no es tan sencilla. En estos organismos, el objetivo de la regulación de la expresión génica es garantizar la ejecución de las decisiones precisas del desarrollo que llevan a la diferenciación celular. En otras palabras,garantizar que el gen correcto se active en la célula correcta en el momento correcto.
Los organismos eucariotas tienen determinadas características que hacen que sus mecanismos de regulación génica sean diferentes de los procariotas. Así, vemos que del genoma eucariota, sólo el 7% del DNA es codificador. El resto del genoma está constituido por secuencias, muchas de ellas repetidas de 103 a 106 veces, a veces en tándem, cuyo rol aún se desconoce en su gran mayoría. Por ejemplo, el DNA satélite representa el 15% del genoma. El gen y la proteína eucariotas no son colineales ya que el transcrito primario del mRNA posee intrones que se pierden durante la maduración de esta molécula. Los mRNA eucariotas son monocistrónicos a diferencia de los procariotas y no poseen operones. El hecho de poseer un número diploide de cromosomas, hace que se establezcan relacioentre los alelos.
En eucariontes, los sistemas de regulación y selección son multietapa y a menudo son arborescentes. Esto disminuye considerablemente el esfuerzo de la selección estando ya preseleccionados determinados genes en una célula dada (diferenciación). Esta preselección y la multiplicidad de niveles sucesivos de regulación permiten un ajuste de la velocidad y de la intensidad de la reacción a los estímulos. La arborescencia permite la obtención de respuestas pleiotrópicas cuando los estímulos se dirigen a un nivel elevado, es decir a las primeras etapas de la regulación y de una respuesta fina, muy selectiva y muy rápida cuando se dirigen a un nivel bajo, es decir, a las últimas etapas de la regulación. No existe, pues, un modelo general de regulación como es el caso de los procariontes sino toda una serie de posibilidades que se encadenan, desde una estructura especial de la cromatina (nivel alto de regulación) hasta una regulación postraduccional (última etapa posible de regulación).
OBJETIVO GENERAL
Conocer los niveles de regulación
de la expresión genética
en procarionte y eucarionte
OBJETIVO ESPESIFICO
Identificar operón
lactoso y operón triptófano
Metodología
esta
investigación se realizo median
una investigación documental
mediante libros y otras fuentes de información que
permite realiza una selección de información concreta para nuestra respectiva
investigación
UNIDAD 8 REGULACIÓN DE LA EXPRESIÓN GENÉTICA
La estrategia
procariota pretende alcanzar las máximas tasas de
proliferación cuando el entorno se lo permita. En cambio, la estrategia
eucariota ha de ser distinta puesto que en los organismos
pluricelulares donde el medio intercelular es relativamente constante, el
control génico está al servicio de la especialización
celular.
La genómica parece indicar que
- el número de genes no varía mucho entre las
especies: los vertebrados tienen como mucho el doble de genes que los
invertebrados;
- el número de genes no sirve para explicar la
diversidad evoultiva por mutación o duplicación génica;
- la variabilidad de los genes se debe a la
duplicación de genes en vez de la creación de genes nuevos.
- la complejidad evolutiva se correlaciona con el
aumento de genes reguladores: en las levaduras hay un gen regulador por
cada 20 funcionales, pero en humanos hay más de 3 000 reguladores
para unos 30 000 genes
Por eso, la
complejidad de los organismos emerge de una regulación de la expresión génica
cada vez más elaborada y no de cambios o mutaciones en los genes
estructurales o enzimáticos: la secuencia de las proteínas se conserva mucho a
través de distintas especies, sin cambios importantes mientras que los cambios
en el orden de los elementos del promotor o de sus elementos reguladores
provocan alteraciones drásticas
Puntos de regulación
En cada tido
celular nose expresan mas
del 10-20% de los genes distiguiendo
a 3 grupos
Los que dan un RNAm poco abundante
Los que dan RNm mediante
abundante
Unos pocos
genes que dan
RNAm muy abundante
puntos en los que se puede controlar la expresión génica
de eucariota
Control pretranscripcional:
determina la
accesibilidad de la comatina a la maquinaria de transcripción. Lo afectan el superenrollamiento
y la metilación
Control transcripcional:
determina la
frecuencia y/o velocidad de inicio de transcripción mediante la accesibilidad
de los sitios de inicio, la disponibilidad de los factores de transcripción y
la eficacia de los promotores
Control postranscripcional:
es
el que se ejerce una vez que el transcrito ha terminado de sintetizarse. Puede
ser de varios tipos:
• Control de la maduración: Según se pueda
realizar elayustamiento del RNA, se conseguirán distintas cantidades del producto
génico.
• Control del transporte: la mayoría de los RNA tienen que salir al
citoplasma para ejercer su función. Para ello han de atravesar los poros de la
membrana nuclear, donde se puede seleccionar los RNA que serán transportados y
los que no.
• Control de la estabilidad: la vida media del RNA se puede regular
mediante la expresión de las RNasas o de proteínas estabilizadoras del mRNA en
el citoplasma.
• Control traduccional: esta regulación se ejerce sobre la frecuencia
con que se comienzan a traducir los mRNA. También puede afectar la frecuencia
con la que las proteínas maduran y la disponibilidad de efectores enzimáticos,
pero eso se verá en otro tema.
.2
Regulación de la transcripción en organismos procarióticos.
Terminología
|
Unidad
de transcripción
|
Los genes/cistrones/ORF que se transcriben
bajo en control de un mismo promotor
|
Promotor
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Secuencia reconocida específicamente por la
RNA polimerasa para iniciar la transcripción de una unidad de transcripción.
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Cistrón
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Cada una de las partes de un transcrito que
darán una biomolécula funcional (proteína o RNA). En el caso de las
proteínas, coincide con un marco abierto de lectura (ORF).
|
Terminador
|
Conjunto de secuencias que marcan el fin de
la transcripción de una unidad de transcripción.
|
Operón
|
La unidad de transcripción (promotor,
cistrones y terminador) junto con las secuencias/genes adicinales que sirven
para regularlo.
|
Polaridad
|
Es el efecto de una mutación en un gen sobre
la expresión de otros cistrones distales dentro del mismo operón
|
Proteína
reguladora
|
Aquella que controlará la expresión de un
operón. Pueden ser activadoras o represoras.
|
Operador
|
Secuencia del promotor que es reconocida por
una proteína reguladora.
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Efector
|
Biomolécula no proteica que controla la
activación o inactivación de la proteína reguladora. Las hay inhibidoras y
(co-)represoras.
|
Regulón
|
Conjunto de genes/operones que responden al
unísono por la acción de un regulador. Por ejemplo los regulones de choque
térmico, represión catabólica, o respuesta SOS.
|
Cambios
en la estructura del DNA
-MetilaciónLa metilación provoca un cambio de
estructura en el apareamiento entre las bases nitrogenadas que puede alterar su
reconocimiento por algunas proteínas. El más conocido es el de la metilasa dam
que reconoce la secuencia GATC y metila la A.La mayor parte de los genes cuya
exprexión se ve reprimida por la metilación son genes cuya expresión sólo se
necesita durante la replicación (único momento en el que una cadena del DNA
está transitoriamente hemimetilado), permaneciendo reprimidos el resto del
ciclo celular.
-Superenrollamiento Para mantener una
situación homeostática en la célula en relación al número de
superenrollamientos es necesario mantener con una regulación contraria los
genes topA (codifica la topoisomerasa I) y gyrA y gyrB (determinan las dos
subunidades de la DNA-topoisomerasa II).
. Cambios
en la interacción entre el DNA y la RNA-polimerasa
Lo provocan
aquellos cambios que, sin alterar ni la estructura del DNA ni la de la
RNA-polimerasa, sí que afectan la interacción entre ambas. Es necesaria la
comparecencia de una tercera molécula, habitualmente una proteína (aunque a
veces puede ser RNA). Tres mecanismos pueden alterar esta interacción:
• Modificación de la interacción
entre RNA polimerasa y el promotor debido a la existencia de una proteína
reguladora y un efector
• Secuencias reguladoras a distancia
• Modificación
de la terminación: antiterminación
8.2.1
Operon de Lactosa (Control positivo).
el modelo genético del Operón
que permite comprender como tiene lugar la regulación de la expresión génica en
bacterias.
Un Operón es grupo de genes estructurales
cuya expresión está regulada por losmismos elementos de control (promotor y
operador) y genes reguladores.
v 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 gene estructural. Los
operones eucarióticos suelen contener un sólo gen estructural siendo
monocistrónicos.
v 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.
v 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.
v 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.
v Proteína reguladora: proteína codificada por el gen regulador.
Está proteína se une a la región del operador.
v Inductor: sustrato o compuesto cuya presencia induce
la expresión de los genes.
Elementos que intervienen en la regulación de la expresión
génica en bacterias. Elementos del Operón.
|
Elementos de control
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Promotor
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Operador
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|
Moléculas difusibles
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Proteínas reguladoras
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Efectores
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Inductores
|
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Genes Estructurales
|
Codifican para polipéptidos
|
|
Gen regulador
|
Codifica para proteína reguladora
|
OPERÓN
LACTOSA: CONTROL POSITIVO
|
Elementos del operón lactosa
|
·
El gen z+: codifica para la -galactosidasa que cataliza la
hidrolisis de la lactosa en glucosa más galactosa.
·
El gen y+: codifica para la galactósido permeasa que transporta
-galactósidos al interior de la célula bacteriana.
El gen a+: codifica para la tiogalactósido
transacetilasa que cataliza la transferencia del grupo acetil del acetil Coenzima A al 6-OH
de un aceptor tiogalatósido. Este gen no está relacionado con el metabolismo de
la lactosa
Operón lactosa en ausencia de lactosa
en presencia del inductor (la lactosa), este
se une a la proteína reguladora que cambia su conformación y se suelta de la
región operadora dejando acceso libre a la ARN-polimerasa para que se una a la
región promotora y se transcriban los genes estructurales. Por consiguiente, la
presencia del inductor hace que se expresen los genes estructurales del operón,
necesarios para metabolizar la lactosa.
|
Operón lactosa en presencia de
lactosa
|
También es conveniente recordar que los tres
genes estructurales del operón lactosa se transcriben juntos en un mismo ARNm,
es decir que los ARN mensajeros de bacterias suelen ser policistrónicos,
poligénicos o multigénicos. Sin embargo, en eucariontes los mensajreos
suelen sen monocistrónicos o monogénicos, es decir, corresponden
a la transcripción de un solo gen estructural
Operón
lactosa: ARNm multigénico o policistrónico
8.4.2
Operon de Triptofano.
El operón triptófano (operón trp) es un sistema
de tipo represible, ya que el aminoácido triptófano (Correpresor) impide la
expresión de los genes necesarios para su propia síntesis cuando hay niveles
elevados de triptófano
·
Genes estructurales: existen
cinco genes estructurales en el siguiente orden trpE-trpD-trpC-trpB-trpA.
·
Elementos de control: promotor (P) y operador (O). El promotor y el operador están al lado de
los genes estructurales y en el siguiente orden: P O trpE-trpD-trpC-trpB-trpA.
Curiosamente, las enzimas codificadas por estos cinco genes estructurales
actúan en la ruta metabólica de síntesis del triptófano en el mismo orden en el
que se encuentran los genes en el cromosoma.
·
Gen regulador (trpR): codifica para la proteína reguladora. Este gen se encuentra en otra
región del cromosoma bacteriano aunque no muy lejos del operón.
·
Correpresor: triptófano.
En el siguiente esquema se indican los
elementos del Operón Triptófano:
Los
genes estructurales del operón triptófano se encuentran en el mismo orden que
actúan las productos codificados por ellos en la ruta biosintética del
triptófano (ver el siguiente esquema).
|
Operón triptófano: en
ausencia de triptófano
En
ausencia de triptófano, o cuando hay muy poco, la proteína reguladora
producto del gen trpR no es capaz de unirse al operador de
forma que la ARN-polimerasa puede unirse a la región promtora y se
transcriben los genes del operón triptófano.
8.3 Regulación de la transcripción en organismos
eucarióticos
Señales
que modifican la transcripción
Los tipos de señales que pueden
alterar la transcripción de un gen puede ser:
Señales hormonales que interaccionan con un receptor de la membrana. En la mayoría de los
casos, la señal externa provoca la aparición del segundo mensajero
intracelular. La cascada de transducción de señal subsiguiente produce un
regulador de transcripción específico.
En el caso de las hormonas esteroideas, el receptor está dentro de la célula y
es el conjunto hormona-receptor el que actúa de regulador.
|
Las señales
nutricionales e iónicas suelen darse en eucariotas unicelulares solamente
porque son los únicos a los que va a afectar el medio en el que están
creciendo. La excepción se encuentra en los hepatocitos (es el regulador de
la concentración sanguínea de muchos metabolitos) y las células en cultivo.
Contactos
intercelulares especialmente durante el desarrollo embrionario. La sinapsis
también pertenece a este grupo.
|
|
Proteínas que modulan la transcripción
actuar como
reguladores tanto moléculas de RNA como proteínas. Entre las proteínas, las hay
que forman parte de la holoenzima polimerasa (los factores de transcripción),
1.-
Activadores transcripcionales
Los activadores son la proteínas
que se van a unir a los elementos distales (SDE y potenciadores) para activar
la transcripción. Son específicos de unos pocos promotores —por lo que
no estarán en todos los tipos celulares—, reconocen entre 6 y 14 pb en
el promotor y suelen tener dos dominios estructurales:
- El dominio
de unión a DNA (DNA binding domain) , que consta de
60 a 100 aminoácidos consecutivos.
- El dominio
de activación de la transcripción que consta de 30 a 100
aminoácidos que no tienen por qué ser consecutivos.
|
|
·
La presencia de estos dominios las
convierte en proteínas modulares en las que el dominio de unión y el de
activación pueden funcionar independientemente.
3.-
Transactivadores
Son aquellos que directamente ejercen su
acción interaccionando con el complejo de iniciación formado en el promtor
basal, bien sobre la propia polimerasa o, más normalmente, sobre una de las TAF
o de los TFII, para activar o reprimir la transcripción, puesto que no son
actividades exclulyentes
Potenciadores
La mayoría de los ejemplos
anteriores son reguladores del tipo SDE (secuencias distales específicas). Pero
la fuente de regulación más potente es al de los elementos distales: los
potenciadores (enhancers o intensificadores). Su función es la de
amplificar la transcripción del promtor incluso más de 1000 veces. Los hay específicos del tejido
—sólo activan la transcripción de su gen en determinados tejidos—, específicos de la
etapa de desarrollo e inducibles por alguna señal
externa como hormonas, metales pesados, choque térmico, infección viral, etc.
Necesitan la mediación de un coactivador.
Silenciamiento
de genes
La unión inespecífica de proteínas
reguladoras es un problema importante en los organismos con genomas grandes.
Para combatirla, los eucariotas han hecho que los genes tengan en torno a 5
dianas para proteínas reguladoras diferentes. Esta estrategia es útil para los
activadores de la transcripción porque es una estrategia eficiente y ahorra
esfuerzo. Una estrategia similar no es factible con los inhibidores de la
transcripción, por lo que se da poca regulación por silenciamiento.
El silenciamiento de un gen puede
ocurrir por:
- la inactivación por interacción con un
regulador
- el silenciamiento génico postranscripcional
(PTGS, también denominada cosupresión o extinción génica)
- la metilación del DNA en vertebrados
(directamente ligada al superenrollamiento y al silenciamiento).
Inactivación
mediante una proteína reguladora
Se consigue uniendo una proteína
reguladora a cualquiera de los distintos elementos que forman los promotores.
Los que reconocen los elementos distales
• el silenciador
específico de tejido (tse): se encarga de silenciar en cualquier célula
los genes que son específicos de células hepáticas
• las hormonas esteroideas comentadas anteriormente
• el gen Pit-1
Los que reconocen los elementos proximales
•
la proteína CDPC: recibe el nombre de «desplazamiento de CAAT» porque
impide que la caja CAAT sea reconocida por sus proteínas específicas
Los que reconocen el promotor basal
•
el represor global Dr1/DRAP1: es un heterodímero que se une a TBP para
evitar que interactúe con TFIIB
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