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 procariontesEl caso del operón lactosaEl caso del operón triptofano

Regulación de la expresión génica en eucariontesRegulación a nivel del inicio de la transcripción

15 de Enero 2008

SEÑALES AMBIENTALES

genes

En bacteriasEn bacterias: Presencia o ausencia de nutrientes, temperatura, oxígeno, pH, : Presencia o ausencia de nutrientes, temperatura, oxígeno, pH, etc.etc.

En organimos multicelularesEn organimos multicelulares: Factores de crecimiento y hormonas, nutrientes, : Factores de crecimiento y hormonas, nutrientes, entre otros factores. La expresión de genes depende de tipo de célula y de la entre otros factores. La expresión de genes depende de tipo de célula y de la etapa de diferenciación de las células etapa de diferenciación de las células

15 de Enero 2008

TIPOS DE GENESTIPOS DE GENESEXPRESIÓN 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 Regulación de la expresión de expresión de genes ocurre genes ocurre principalmente principalmente en la etapa de la en la etapa de la transcripcióntranscripción

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

Transcripción Basal

DNA

RNA

Promotor

RNA pol

ACTIVACIÓN DE LA TRANSCRIPCIÓN

Transcripción activada

DNA

RNA

Promotor

RNA pol

ACTIVADOR

GEN

GEN

A

B

15 de Enero 2008

Transcripción

DNA

RNA

Promotor

RNA pol

NO Transcripción

DNAPromotor

RNA pol

operador

represor

REPRESIÓN DE LA REPRESIÓN DE LA TRANSCRIPCIÓNTRANSCRIPCIÓN

15 de Enero 2008

Estructura de un promotor en procariontes

Sitio de inicio de la transcripción

+1 +20-7-12-31-36

5’mRNA

TTGACAAACTGT

región -35

TATAATATATTA

región -10

RNA polimerasa

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

15 de Enero 2008

¿Qué pasa en ausencia de lactosa...?

15 de Enero 2008

¿Y en presencia de lactosa...?

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

15 de Enero 2008

Nº

de c

élul

as/m

l

Act

Bet

a ga

lact

osid

asa

Tiempo (min)

Glucosa también regula la transcripción de los genes del metabolismo de lactosa

¿Qué sucede cuando las bacterias están en presencia de glucosa y lactosa?

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

15 de Enero 2008

Operón triptofano

Enzimas de la biosíntesis del aminoácido triptofano

S1 S2 S3 S4 S5 TRIPTOFANOS1 S2 S3 S4 S5 TRIPTOFANO A B C D E

15 de Enero 2008

Regulación de la transcripción del operón Regulación de la transcripción del operón triptofanotriptofano

Bacterias en medio sin triptofano

Bacterias en medio con triptofano

No transcripción

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

15 de Enero 2008

Todas las células de nuestro cuerpo tienen los mismos genes, pero no producen las mismas

proteínasSEÑALES EXTERNAS

(NUTRIENTES, HORMONAS, ETC)

Activación o inactivación de genes

TIPOS CELULARES

T. óseo T. muscular neuronas

G. Rojos

Piel

colágeno

hemoglobina

miosina

queratina

Neurotrans-misores

15 de Enero 2008

Posibles puntos de regulación de la expresión de genes en

eucariontes

Niveles de regulación de la expresión génica

ADN

Transcritos primarios de ADN

ARNm ARNm

ARNm inactivo

Proteína

Proteína inactiva

NÚCLEO CITOPLASMA

1. Control transcripcional

2. Control del procesamiento

del ARN

3. Control del transporte del

ARN

4. Control traduccional

6. Control de la actividad proteica

5. Control de la degradación de

los ARNm

15 de Enero 2008

Regulación de la transcripción del gen de albúmina

ARN polimerasa

Gen de albuminaPromotor

Factores de transcripción basal

APFAPF

C/EBPHNF-1

-30pb+1-12.000pb

?

Enhancer Enhancer

+30.000

Regiones “Enhancers” en el ADN se unen a proteínas reguladoras de la transcripción

15 de Enero 2008

Proteínas reguladoras unidas a “enhancers” Proteínas reguladoras unidas a “enhancers” actúan a distancia induciendo la curvatura del actúan a distancia induciendo la curvatura del ADN, para permitir su acercamiento al ADN, para permitir su acercamiento al complejo promotor con la RNA polimerasacomplejo promotor con la RNA polimerasa.

15 de Enero 2008

Cómo se activa un gen en un tipo Cómo se activa un gen en un tipo

de célula y no en otro?de célula y no en otro?

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

Núcleo de células hepáticas

Núcleo de células de cristalino

15 de Enero 2008

Regulación de los genes de globina en

humanos 22

2222

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