Regulación de la expresión génica en procariotas

Procariotas
Eucariotas
replication
Regulación de la
expresión génica en
procariotas
Diferencias entre la transcripción
procariota y eucariota
ARNm policistrónico
ARNm monocistrónico
transcripción y traducción
acopladas
transcripción y
procesamiento acoplados
ARN Polimerasa única
3 ARN Polimerasas
diferentes
Regulación de la expresión génica
Ej: Metabolismo de azúcares
Bacterias
Glucosa
Lactosa
Maltosa
Ramnosa
Galactosa
Rafinosa
Melibiosa
Xilosa
Células eucariotas
Glucosa
Las bacterias tienen vías catabólicas para varios
azúcares, si se expresaran todas implicaría un
enorme gasto de energía.
El cambio en la expresión ocurre en pocos minutos.
Operón
Sistemas de regulación
Unidad transcripcional que contiene:
¾ genes estructurales que codifican para proteínas
que cumplen funciones relacionadas
Prender y apagar ciertos genes o grupos de genes.
¾ regiones regulatorias.
Mecanismo sensor que reconozca que enzimas se
necesitan en cada momento, (que genes deben ser
expresados).
Activación y desactivación del sistema en el tiempo.
Enz. 1
Enz. 2
Enz. 3
Inducción
Clasificación de los operones
de acuerdo a su regulación.
Ejemplo
Vía metabólica
Inducibles
Operón lactosa
Utilización de
nutrientes
(catabolismo)
Represibles
Operón triptofano
Biosíntesis
Constitutivos
Metabolismo glucosa
Esenciales
(housekeeping)
•INDUCCION síntesis aumentada en respuesta a un metabolito
•Inductores gratuitos: metabolitos que inducen el sistema pero no
pueden ser metabolizados ( IPTG )
Represión
Operón lactosa
Inducible
Cuando hay lactosa
en el medio, se
expresan las
enzimas que
degradan la lactosa.
•REPRESION síntesis reducida en respuesta a un metabolito
http://vcell.ndsu.nodak.edu/~christjo/vcell/animationSite/lacOperon/movie.htm
Operón lactosa
Los genes del metabolismo de la glucosa se
expresan en forma continua en E. coli
El metabolismo de los otros azúcares como
fuentes energéticas
está regulado, es inducible.
Lactosa = disacárido (glucosa + galactosa)
La lactosa estimula el aumento de 1000 X de
la expresión de 3 proteínas.
β-galactosidasa (lacZ)
glucosa + galactosa
Alolactosa Inductor
Permeasa (lacY)
lactosa
Transporta
lactosa a través de la membrana
Transacetylasa (lacA) Función no conocida
Cis OPERON
•Promotor
•Operator
•Secuencias codificantes
•Terminador
Trans
Represor
Inductor
La regulación se estudia mediante el efecto de
mutaciones en los distintos elementos del operón
Mutación del gen lacZ, gen estructural
No hay actividad β-galactosidasa.
Disminuye la producción de permeasa
y transacetilasa.
β-gal
Permeasa
Transac
Mutaciones en las regiones reguladoras
1.
F’
C
Mutaciones en el operador (lacO)
lacO+
lacOc
lacZlacZ+
lacY+
lacY-
⇒
⇒
permease (sólo con lactosa)
β-galactosidasa (sin lactosa)
(expresión constitutiva)
2. Mutaciones en el promotor (Plac): Afecta la expresión de las 3
3. Mutaciones en el represor (lacI) Bacterias diploides (plásmido F)
F’
C
lac I+
lacI-
lacO+
lacO+
Sin lactosa, no se produce βgalactosidase ni permeasa
Con lactosa, se producen βgalactosidase y permeasa
(la lactosa induce).
lacO actúa en cis
El represor codificado
por lacI actúa en trans
lacZlacZ+
lacY+
lacY-
Antecedentes
genéticos para
el modelo del
operon.
Genotipo
+
+
+
+
+
-
I O Z
I O Z
I- Oc Z+
I+ Oc Z+
I- O+
Los signos + y – se
+
c
refieren a la presencia ó I O
ausencia de actividad I+ O+
de ß -galactosidasa.
I+ O+
Z+ / F’ I+
Z+ / F’ O+
Z+ / F’ IZ+ / F’ Oc
c/lact: lactosa presente
Is O+ Z+
s/lact: sin lactosa
Is O+ Z+ / F’ I+
c/lact
s/lact
+
+
+
+
+
+
+
-
+
+
+
-
Organización del operon lac de E. coli wt
Estado funcional del operon lac de E. coli
wt en medio con lactosa
Estado funcional del operon lac de E. coli
wt en medio sin lactosa
Modelo de la proteína tetrámero represor
lac (4 polipéptidos)
Regulación
Positiva
•La proteína CAP (Catabolite
activator protein) se une al
AMP cíclico.
En el operón
lactosa existe
otro
mecanismo de
control
•CAP se une a un sitio
blanco del promotor, cambia
la conformación del ADN y
aumenta la afinidad de la
ARN Pol.
CAP-AMPc
Cuando la
lactosa es la
única fuente de
carbono en E.
coli (medio sin
glucosa).
CAP-AMPc-DNA
•Si hay glucosa y lactosa, se
usa preferencialmente la
glucosa porque los niveles
de AMPc son bajos.
•Si se agrega AMPc al medio, se transcribe el operon lac aun
en presencia de glucosa.
CAP-AMPc-DNA
Secuencia del operon lac de E. coli.
Regulación del operon lac
Operon Trp de E. coli
Operon triptofano Represible
Codifica 5 enzimas de la síntesis de triptófano
1. Represor/operador (70 X)
2. Atenuación (8 – 10 X)
Trp presente: Las enzimas no se transcriben.
Trp presente: Represor activo. El Trp actúa
como co-represor.
Trp ausente: Las enzimas sí se transcriben.
Trp ausente: Represor inactivo.
Regulación del operon Trp de E. coli
1. Represor / operador
Operón trp: control negativo,
con represión por producto
El triptofano es el co-represor
protein (enzyme) synthesis
×
trpR
P O
trpE
D
C
B
A
active repressor
no protein (enzyme) synthesis
Una secuencia leader y 5 proteínas de la vía del trp
El represor Trp se asocia al promotor en presencia
de producto
Organización de la región
líder/atenuador del operón trp
Modelo de Atenuación: Ausencia de Trp
Acoplamiento transcripción-traducción en bacterias
Operón trp:
trp: atenuación
Modelo de Atenuación: Presencia de Trp
ATENUACION
ANTITERMINACION
Secuencia de aminoácidos de los
atenuadores (péptidos líder) de los
operones de E. coli
phe, his, leu, thr, e ilv.