operón lactosa

Unidad N° 13: Regulación de la Expresión
génica en Procariontes
IMPORANCIA DE LA REGULACIÓN GÉNICA
Las bacterias poseen numerosos mecanismos para controlar la
expresión de sus miles de genes, con los cuales logran que el
producto de un gen determinado solo se sintetice cuando es
necesario y, en lo posible, en la cantidad óptima. Esto confiere a
las células una importante capacidad de adaptación en función de
sus condiciones fisiológicas o ambientales. Esto evita además un
gasto de materia , ε y la interferencia en las funciones entre
proteínas
Existen al menos 6 puntos potenciales en los cuales la cantidad de proteína puede
ser regulada:
1. Síntesis del transcrito de RNA primario
2. Procesamiento post-transcripcional del mRNA
3. Degradación del mRNA
4. Traducción
5. Modificación de proteínas
6. Degradación de proteínas.
Teniendo en cuenta el la manera en que los genes son regulados podemos
clasificarlos en :
Constitutivos
(housekeeping):
genes que codifican para las
enzimas necesarias para el
metabolismo básico celular se
expresan continuamente
Inducibles: aumenta su expresión
en respuesta a un cambio
ambiental
Reprimibles: inhibición de su expresión
en presencia a una señal represora
SISTEMAS INDUCIBLES Y SISTEMAS REPRESIBLES
Sistemas inducibles: cuando el sustrato sobre el que va actuar la
enzima provoca la síntesis del enzima. Al efecto del sustrato se le
denomina inducción positiva . Ej. síntesis de b-galactosidasa en donde
la lactosa es el INDUCTOR.
Sistemas represibles: cuando el producto final de la reacción que
cataliza el enzima impide la síntesis de la misma. Este fenómeno
recibe el nombre de inducción negativa. Al compuesto que impide
la síntesis del enzima se le denomina CORREPRESOR. Ej. síntesis
de triptófano
TIPOS DE REGULACIÓN GÉNICA
REGULACIÓN NEGATIVA: La unión de un represor inhibe la
transcripción
Forma I
1. El represor esta unido constitutivamente al promotor → gen
reprimido
2. La unión de una molécula señal provoca la disociación del represor
del promotor
3. La transcripción tiene lugar
ARNpol
P
ARNm
TIPOS DE REGULACIÓN GÉNICA
REGULACIÓN NEGATIVA: La unión de un represor inhibe la
transcripción
Forma II
1. El represor no puede unirse per se al promotor → gen activado
2. La unión de una molécula señal permite que el represor se una al
promotor
molécula señal = co‐represor + represor = apo‐represor
3. La transcripción se bloquea
ARNpol
P
ARNm
TIPOS DE REGULACIÓN GÉNICA
REGULACIÓN POSITIVA: La unión de un activador facilita la
transcripción
Forma I
1. El activador esta unido constitutivamente al promotor → gen activado
2. La unión de una molécula señal causa la disociación del activador del
promotor
3. La transcripción se bloquea
ARNpol
P
ARNm
TIPOS DE REGULACIÓN GÉNICA
REGULACIÓN POSITIVA: La unión de un activador facilita la
transcripción
Forma II
1. El activador no puede unirse per se al promotor → gen reprimido
2. La unión de una molécula señal permite que el activador se una al
promotor
molécula señal = coactivador + activador = apoactivador
3. La transcripción tiene lugar
ARNpol
P
ARNm
ELEMENTOS DEL 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 pos estas
investigaciones.
Concepto de operon
Unidad de expresión génica, que permite la transcripción coordinada de
varios genes implicados en una misma ruta metabólica.
Grupo de genes estructurales cuya expresión está regulada por los
mismos elementos de control (promotor y operador) y genes reguladores.
Los principales elementos que constituyen un operón son
-PROMOTOR
- OPERADOR
-GENES ESTRUCTURALES
-GENE REGULADOR
Gen regulador
Codifica un efector que interacciona con el centro operador
Controla la transcripción de los genes estructurales
El efector interacciona generalmente con el DNA y con la RNA
polimerasa
Efector
Actúa en CIS
Actúa en TRANS
EL OPERÓN LACTOSA: CONTROL NEGATIVO
El Operón lactosa, que abreviadamente se denomina Operón lac, es un
sistema inducible que está bajo control negativo, de manera que la proteína
reguladora, producto del gen regulador (i) ,es un represor que impide la
expresión de los genes estructurales en ausencia del inductor. El inductor
del sistema es la lactosa.
Elementos del operón lactosa
OPERÓN LACTOSA: CONTROL POSITIVO
El operón lactosa también está sujeto a un control de tipo positivo,
de manera que existe una proteína que estimula la transcripción de
los genes estructurales
ejecutado por una proteína activadora por catabolitos (CAP) también
llamada proteína activadora del AMP cíclico (CRP).
El control positivo del operón lactosa está estrechamente relacionado
con la Represión catabólica
Si tenemos un cultivo de E. coli creciendo en un medio con glucosa y lactosa y a lo
largo del tiempo medimos densidad óptica, obtenemos una curva de crecimiento
bifásica. Al principio el cultivo crece exponencialmente, luego cesa el crecimiento
transitoriamente, y a continuación vuelve a haber otro crecimiento exponencial:
¿Por qué no hay síntesis de β-galactosidasa al principio a pesar de que haya lactosa?
Esto es debido a que el operón lac está sometido a dos controles (1) control
negativo, represor lac y (2) control positivo, proteína CAP.
EL OPERÓN TRIPTÓFANO
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. Sin embargo,
en ausencia de triptófano o a niveles muy bajos se transcriben los genes del
operón trp. Los elementos del operón trp son en esencia semejantes a los del
operón lactosa:
Represor
activo
70 VECES
Al estudiar más profundamente el operón trp se encontró que además del
mecanismo de regulación represor-operador existía otro mecanismo de regulación
que se denominó REGULACIÓN POR ATENUACIÓN.
Nivel traduccional
Hay
dos
codones
seguidos que codifican
para trp
Otros casos de atenuación:
La atenuación es un sistema de control genético de una
amplia variedad de operones biosintéticos, especialmente
de aminoácidos. Otros ejemplos descubiertos después del
sistema trp:
operón his: síntesis de histidina
operón phe: síntesis de fenilalanina;
operón leu: síntesis de leucina;
operón thr: síntesis de treonina;
operón ilv: síntesis de isoleucina y de valina.