Regulación negativa

REGULACIÓN DE LA
EXPRESIÓN GENÉTICA
EN PROCARIOTES
La regulación de la expresión de los genes surge de la
necesidad de controlar la actividad de las enzimas o de las
proteínas en general, en momentos precisos de la vida de la
célula.
* ALOSTERISMO
REGULACIÓN
DE LA
ACTIVIDAD
ENZIMÁTICA
CELULAR
POSITIVO O NEGATIVO
POR PRODUCTO,
RETROALIMENTACIÓN
*REGULACIÓN COVALENTE
a) MODIFICACIONES POSTTRADUCCIONALES
b) ZIMÓGENOS
*ISOENZIMAS
*CANTIDAD DE
ENZIMA
SÍNTESIS
DEGRADACIÓN
Regulación a nivel de:
• Transcripción
• Traducción
DNA
Transcripción
mRNA
Traducción
PROTEINA
Los genes se expresan con diferente eficiencia
¡ Regulación transcripciónal !
Los genes se expresan con diferente eficiencia
A
¡ Regulación traducciónal!
B
B
B
B
B
B
B
B
B
B
B
B
B
B
B
B
POR LO TANTO, PARA QUE HAYA REGULACIÓN
DE LOS GENES TIENE QUE HABER REGULACIÓN
POSITIVA Y NEGATIVA
GENE CON
GENE CON
Regulación positiva (+)
Regulación negativa (-)
El gene “se enciende”
El gene “se apaga”
(se transcribe o se
transcribe más)
(no se transcribe o se
transcribe menos)
Regulación en bacteria
P: promotor de los genes estructurales E1 ... E4
R: gen regulador (codifica una proteína represora
que regula la transcripción de los genes
estructurales)
O: operador (secuencia reconocida por la proteína
represora que impide la transcripción)
Un operón es un conjunto de genes, localizados
contiguamente en el DNA, que obedece a las mismas
señales de encendido o apagado.
El modelo del Operon LAC
F. Jacob
J. Monod
A. Lwoff
Expresión inducible
El Operon
lac funciona para la utilización de lactosa
como fuente de carbono
Genes estructurales
Gen regulador
La -galactosidasa hidroliza a la lactosa para
generar glucosa y galactosa
También convierte
parte de la lactosa
en alolactosa
La galactosidasa
se encuentra
en niveles
muy bajos si
no hay lactosa
en el medio.
Su producción
se induce
cuando se
agrega lactosa
al medio y se
elimina la
glucosa de
éste.
Los operones están formados por genes
estructurales y una región de control
Galactosidasa
Permeasa
Transacetilasa
El Operon lac funciona para la utilización de lactosa como
fuente de carbono
El represor unido al sito operador previene la
transcripción de los genes z, y, a
El represor unido al sito operado previene la
transcripción de los genes z, y, a
Galactosidasa
El inductor se une al
represor y entonces éste ya
no se une al DNA
Permeasa
Transacetilasa
La poca alolactosa que se
formó actúa como inductor.
Aún en ausencia del represor, el promotor del operón lac no es
muy fuerte, por lo que requiere la actividad de otras proteínas.
Activador CRP. cAMP receptor protein
También se le llama CAP: Catabolite Activator Protein.
Si los niveles de glucosa son
altos.
Si los niveles de glucosa son
bajos.
Cuando los niveles de AMPc se incrementan, se une a la proteína
CRP/CAP
El complejo CRP-AMPc se une al promotor del operón de lactosa
y causa un giro en el DNA que facilita la unión de la RNA
polimerasa al promotor.
El complejo CRP-AMPc se une al promotor del operón de lactosa
facilita la unión de la RNA polimerasa al promotor y se
incrementa 50 veces la transcripción.
Regulación negativa
Represor
+ glucosa
– lactosa
RNA polimerasa
¡No hay transcripción!
Regulación del operón de lactosa.
Regulación Negativa. Represor
No hay lactosa, hay glucosa, el represor está activo y el operón
está apagado
En presencia de lactosa el
represor se inactiva
inductor (lactosa)
+ glucosa
+ lactosa
RNA polimerasa
¡La transcripción es baja (basal)!
Hay lactosa, hay glucosa. Los niveles de AMPc son bajos. La
síntesis del mRNA lac es pobre.
Regulación positiva
Activador
- glucosa
+ lactosa
¡La transcripción es alta (constitutiva)!
Regulación positiva.
Inducción
Hay lactosa, glucosa es baja, niveles de AMPc son altos. Se
sintetiza mucho mRNA lac
En ausencia de lactosa
Aunque el activador esté presente....
RNA polimerasa
¡No hay transcripción!
- glucosa
- lactosa
Modelo de la regulación negativa
Modelo de la regulación positiva
+ lactosa
[glucosa]
[AMPc]
Represión por catabolito del operón lac
(Elección del mejor azúcar a metabolizar)
CAP= Catabolite activator protein
Activación del operón lac
La región del operador actua en cis y regula a los
genes que están fuertemente ligados a éste
El producto del gen I (Represor) actúa en trans
Modelo de la evidencia genética del alosterismo
Sitio del operador lac al que se une el represor I
Sitio del promotor lac al que se une CAP
El operón lac es un ejemplo de operón inducible, es decir
aquel en el cual la presencia de una sustancia específica (en
este caso la lactosa) induce la transcripción de los genes
estructurales.
El operón lac también se encuentra bajo control positivo.
Cuando en el medio hay glucosa, la bacteria metaboliza este
monosacárido ignorando cualquier otra fuente de carbono
disponible. Cuanto menor es la concentración de glucosa en el
medio, mayor es la concentración de AMPc, el cual tiene
influencia en la activación del operón lac.
El AMPc actúa uniéndose a una proteína fijadora de AMPc
denominada CAP (proteína activadora de catabolitos). Cuando
la concentración de este complejo es alta (poca glucosa), el
CAP-AMPc se fija a un sitio específico del promotor lac,
aumentando la afinidad de la región promotora para la RNA
polimerasa, lo que estimula la transcripción del operón.
Para que se exprese el operón lac deben darse dos
condiciones en el medio: que esté presente la lactosa y
que la concentración intracelular de glucosa sea baja.
El Operon TRP
– Triptofano
Regulación negativa del Operón Trp
Complejo Represor-Corepresor
+ Triptofano
Comparación entre Operón Lac y Operón Trp
OPERÓN LAC
OPERÓN TRIPTÓFANO
Operón inducible, se expresa en
presencia de lactosa.
Operón reprimible, se expresa
en ausencia de triptófano.
La lactosa es el inductor
El triptófano es el co-represor
El represor se sintetiza en forma
activa. Actúa solo.
El represor se sintetiza en forma
inactiva. Actúa en presencia del
co-represor.
Sus enzimas participan en un vía
catabólica
Sus enzimas participan en una
vía anabólica
Operón de triptofano
Este operón incluye cinco genes de enzimas involucradas en la
biosíntesis de triptofano. Bajo control del promotor (Ptrp) y del
operador (Otrp)
El represor se une a triptofano y este complejo se une al operador
reduciendo la transcripción 70 veces aproximadamente.
Regulación de la expresión genética
(Nivel traduccional)
El Operon TRP
Mecanismo de atenuación
+ triptofano
tRNA-Trp
El ribosoma NO se detiene
Se inhibe la transcripción y traducción del resto del operón
Mecanismo de atenuación
– triptofano
tRNA-Trp
El ribosoma SE DETIENE
Ocurre la transcripción y traducción del resto del operón
Además de la región operadora y de la región promotora, en el
operón de triptofano hay una región atenuadora.
En esta región atenuadora hay dos codones para Trp que se
encuentran muy juntos.
Cuando los niveles de Trp son altos, el ribosoma lee rápidamente el
mRNA que se está sintetizando incluyendo los dos codones de Trp y
provoca la terminación de la transcripción.
Cuando los niveles de Trp son bajos, el ribosoma se detiene en los
codones de Trp, por lo que la transcripción continua.
Regulación por posición del gen en el operón
Traducción mas eficiente
Regulación por Shine-Dalgarno
Traducción
mas eficiente
Traducción
menos eficiente
Traducción menos eficiente