Clase 6-Regulación en procariotas

Regulación génica
• Necesaria tanto en procariotas como eucariotas
• Todas las células del cuerpo tienen el mismo
material genético
• Bacterias responden a su ambiente expresando
los genes apropiados. Economía de energía.
Requerimientos para una célula
• Reconocer condiciones ambientales en que
deben activar o reprimir un gen
• Ser capaces de encender y apagar la expresión
de genes o grupos de genes específicos
Regulación de transcripción
• Por interacción ADN-proteína:
– Promotor-ARN polimerasa
– Sitios unión-activadores o represores
• En bacterias la mayoría de los sitios de
unión de represores se llaman
operadores
• Cambios epigenéticos
ARN policistrónico o monocistrónico
Diferencia entre procariotas y eucariotas
poli
mono
ARN policistrónico o monocistrónico
• Tiene consecuencias para las posibilidades de
regulación de la expresión
Proteínas reguladoras y el control de la
transcripción
Regulación de transcripción
• Proteínas activadoras y represoras deben tener dos
estados posibles:
– Uno que permite la unión al ADN
– Uno que no permite la unión al ADN
• Unión al ADN ocurre por interacción entre dos
sitios en la estructura 3D de la proteína
– Sitio de unión al ADN
– Sitio alostérico que funciona como sensor (al
que se unen pequeñas moléculas, los efectores
alostéricos)
Unión de efectores alostéricos a proteínas
reguladoras
Circuito regulatorio lac
Expresión coordinada de los genes Z, Y y A está bajo el
control negativo del producto del gen I. Cuando el inductor se
une al represor, el operón se expresa
Genes estructurales lac
• Metabolismo de lactosa requiere de dos enzimas:
– Una permeasa para transportarla a la célula
(gen Y)
– Una B-galactosidasa para cortar la lactosa y
general glucosa y galactosa (gen Z)
– Gen A codifica para transacetilasa (no
relacionada con metabolismo de lactosa)
• Tres genes bajo control coordinado: se expresan
todos o ninguno
Componentes regulatorios del sistema lac
• Gen para el represor lac (gen I) que puede
bloquear la expresión de Z, Y y A
• Sitio promotor de lac: sitio al que se une la ARN
polimerasa
• Sitio operador de lac: sitio al que se une el represor
de lac. Entre el promotor y el gen Z.
Operón
• Definición: segmento de ADN que codifica para un
ARN multigénico, e incluye un promotor común y
región reguladora adyacentes
Represor lac
El represor
bloquea el
paso de la
polimerasa
La pérdida de
represión se
denomina
INDUCCIÓN
Operón lac sólo se transcribe en presencia de
lactosa
Operón lac sólo se transcribe en presencia de
lactosa
Modelo de la unión del represor lac al operador lac
Resumen
• Cuando hay lactosa en el ambiente de una
bacteria produce las enzimas necesarias para
metabolizarla
• Si no hay lactosa no hace las enzimas, sería
pérdida de energía
• Eso se denomina regulación de la expresión
génica
Represión catabólica de operón lac
• Si hay glucosa en el medio el operón lac no
expresa
• Se puede obtener más energía de la glucosa
que de otros azúcares
• Glucosa es producto catabólico de degradación
de lactosa
• Se da por medio de una proteína activadora
Represión catabólica de operón lac
• Si hay lactosa y glucosa en el medio no se
induce la síntesis de B-galactosidasa hasta que
se haya usado toda la glucosa en el medio
• La activación del operón se hace por medio de
los cambios en los niveles de cAMP
Los niveles de glucosa controlan el operón lac
Los niveles de glucosa controlan el operón lac
Unión de proteína CAP dobla el ADN, aumenta afinidad
de la ARN polimerasa
Resumen operón lac (control negativo y positivo)
Promotor
• Sitio de unión de la ARN polimerasa
• Promotor es requisito para que haya
transcripción
• ARN polimerasa se une a dos regiones de un
promotor procariótico típico:
– -35
– -10
ARN polimerasa se une al promotor en
secuencias específicas
El operador es una secuencia específica de ADN
Las primeras 21 bases del ARNm lac son complementarias
al operador : El operador se transcribe
Muchos sitios de unión al ADN son simétricos
Tienen simetría rotacional (si se rotan 180° las bases marcadas se
mantienen igual)
CAP y la ARN polimerasa se unen en sitios
adyacentes del promotor
Hay evidencia de que CAP y la polimerasa interactúan
Dos tipos de control
• Represor lac: control negativo
• CAP: control positivo
Operón de arabinosa
• Ejemplo de control positivo y negativo doble
• Misma proteína (AraC) funciona como
activadora y represora, dependiendo de su
conformación (determinada por la presencia de
arabinosa)
• Además tiene la misma regulación por glucosa
que tiene el operón lac
Mapa de operón de arabinosa
AraC
promotor
Sitio de
unión de
AraC
represora
Región
iniciadora
Sitio de unión
de AraC
activadora
Enzimas de metabolismo de
arabinosa
AraC funciona como activador y represor
Regulación depende de interacción
específica entre aminoácidos de
proteínas reguladoras y nucleótidos de
ADN.
Hélice-vuelta-hélice es motivo común de unión al
ADN
Aplicación de conocimiento de regulación
génica para técnicas moleculares
• Transformación de bacterias con un plásmido
• Selección de bacterias transformadas: resistencia a
Amp
• Selección de bacterias expresando gen: GFP
Plásmido
Proteína reguladora de
operon arabinosa
Origen de
replicación
Proteína verde
fluorescente
Beta-lactamasa
Da resistencia a ampicilina
Fluorescencia