REGULACIÓN DEL METABOLISMO

REGULACIÓN GENÉTICA DEL OPERÓN LAC

Bioquímica Experimental

Regulación de la expresión génica

Proceso mediante el cual se induce o reprime la expresión de genes en periodos de tiempo y condiciones diferentes.

Regulación de la expresión génica

Expresión

Génica

Genes constitutivos: Se expresan a un nivel constante.

Genes regulables: Genes inducibles o reprimibles, en respuesta a condiciones ambientales

¿A qué nivel se regula la expresión génica?

Uno de los niveles de regulación más común, es a nivel transcripcional. Reprimir o inducir la expresión del mRNA.

¿Por qué se regula la expresión de genes?

1. Expresar solo aquellos genes que son necesarios.2. Reprimir genes cuyos productos interfieran con otros

procesos que se están llevando a cabo en la célula al mismo tiempo.

3. Regular procesos de desarrollo.

¿Por qué se regula la

expresión de genes?

Disponibilidad de nutrientes

¿Los sintetiza o los toma del medio?

Gasto de energía y de recursos celulares.

SINTETIZAR SOLO LO NECESARIO CUANDO SEA

NECESARIO

¡Gasto de ATP!

Metabolismo de

Carbohidratos

• Fuente de energía y estructura.

• Glucosa, lactosa, galactosa, xilosa; diferentes proteínas para internalizarlos y metabolizarlos.

• Inducir o reprimir genes según las condiciones ambientales.

Metabolismo

Gal Lac Glu

OperonesPermiten regular de manera coordinada la expresión de genes que codifican productos que participan en una serie de procesos relacionados.

¿Qué es un OPERÓN?

Segmento de DNA que codifica para múltiples mRNA con un promotor común adyacente y una región reguladora. Estos genes regulan su propia expresión dependiendo de la presencia o ausencia de un sustrato.

Regulación del metabolismo de lactosa:

Componentes del operón lac

Genes estructurales: lacZ, lacY y lacA.Componentes reguladores: Promotor y Operador.Otros reguladores del operon lac: Gen lacI y Represor.

Componentes

Reguladores

Genes Estructurales

β-GalactosidasaPermeasaTransacetilasaRepresor (LacI)

Proteína Represora: LacI

Es un homotetrámero cuya unión al operador previene que la RNA polimerasa se una al promotor y lleve a cabo la transcripción de los genes estructurales.

Regulación del operón lac

INDUCCIÓN: Liberación de la represión de los genes estructurales INDUCTORES: Compuestos que alostéricamente inactivan a la proteína represora. Ejemplo: Alolactosa, IPTG.

¡1000 veces más!

Jacob y Monod

Mutantes deficientes en la regulación del metabolismo de lactosa.

Utilizaron un análogo no metabolizable de la lactosa, el IPTG. Y además realizaron ensayos de complementación; con ayuda del factor F’ que acarreaba la región cromosomal lac.

IPTG

Los genes se controlan juntos…• lacZ, lacY y lacA se controlaban de manera

coordinada y que se encontraban muy cercanos en el cromosoma.

Evidencia genética del operador y del represor…

Mutaciones que alteraban la expresión de los genes estructurales: en el sitio regulatorio (operador lac) y en la proteína reguladora (proteína represora LacI).Mutaciones Oc; estas mutaciones hacen al operador incapaz de unirse a su represor y el operón esta siempre encendido

Evidencia genética del operador y del represor…

Evidencia genética del operador y del represor…

Mutaciones I-; basta una copia del gen I+ para regular ambas copias del operón en una célula parcialmente diploide.

Evidencia genética del operador y del represor…

Evidencia genética del alosterismo…

Mutación Is, represión de los genes estructurales aún en presencia del inductor.

Evidencia genética del alosterismo…

Represión catabólicaDisponibilidad de glucosa. Sino hay glucosa… ¡Gasto de energía!

La represión de la expresión de los genes necesarios para catabolizar lactosa, galactosa, arabinosa y otros carbohidratos en presencia de glucosa, se conoce como REPRESIÓN CATABÓLICA.

mRNA lac

Minutos después de la adición de IPTG

Glucosa

↑[cAMP] y ¡Se activa el operon lac!

Represión catabólica

ACTIVADOR: Incrementa la afinidad de la RNA polimerasa por el promotor y aumenta la transcripción de los genes estructurales

↑[Glucosa] → ↓[cAMP] y viceversa.

La disociación del represor y la activación deben actuar de manera coordinada y simultáneamente, porque:

La RNA polimerasa tiene mucha afinidad por el promotor, pero no puede unirse a él.

La RNA polimerasa puede unirse al promotor pero tiene poca afinidad por él, se disociará fácilmente.

Para inducir al operón lac…

La inducción del operon lac requiere entonces de lactosa y de bajas concentraciones de glucosa.

En la práctica…

En la práctica…

En la práctica…

ONPG (Incoloro)

D-Galactosa (Incolora)

ONP (Amarilo), 420 nm

β-Galactosidasa

125 L Na2CO3 1 M