Capítulo 12 - Biomilenio

Capítulo 12
REGULACIÓN DE LA EXPRESIÓN GÉNICA
- Mecanismos de Regulación
Procariontes
Regulación
Operón Lactosa
Operón Triptofano
Transcripcional
Eucariontes
Factores de Transcripción
Cromatina
Metilación
Procesamiento del ARN
Traduccional
Post-traduccional
- Procariontes
. Operón Lactosa
Presenta tres genes estructurales adyacentes que codifican enzimas degradadoras de
lactosa, un gen promotor y un operador. El operón lac es regulado por varios factores
como la disponibilidad de glucosa y de lactosa.
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Es un sistema inducible porque el sustrato sobre el que va actuar la enzima provoca la
síntesis de la misma. Al efecto del sustrato se le denomina inducción positiva.
Los sistemas inducibles se corresponden con procesos catabólicos de degradación, por
ejemplo, el operón lactosa.
Lactosa como fuente de energía
Escherichia. coli usa preferentemente glucosa como fuente de energía. La lactosa es una
fuente de energía alternativa que se puede usar en ausencia de glucosa. La velocidad de
síntesis de ARNm a partir del Operón Lac, y de otros operones para fuentes alternativas
de energía catabólica, está regulada indirectamente por la concentración de glucosa en la
célula.
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El AMP cíclico como regulador
El AMPc es usado directamente en la regulación de la expresión del Operón Lac en
respuesta a los cambios de concentración de glucosa.
El AMPc es un activador de la proteína CRP (Proteína Receptora de AMPc), inductora
transcripcional de operones cuyos genes codifican el catabolismo de otras fuentes de
energía diferentes de la glucosa, lo que incluye al Operón Lac.
Cuando baja la concentración de glucosa, se eleva la de AMPc y se estimula la
transcripción con el Operón Lac.
Cuando se eleva la concentración de glucosa, cae la de AMPc y deja de activarse la
síntesis del ARNm a partir del Operón Lac. A este mecanismo regulador, por el que la
elevada concentración de glucosa puede reprimir la expresión de operones necesarios
para el catabolismo de fuentes alternativas de energía, se le conoce como "represión por
catabolito."
. Operón Triptofano
Es un sistema represible, ya que el producto final de la reacción que cataliza la 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.
Los sistemas represibles se corresponden con procesos síntesis o Anabolismo, por
ejemplo el Operón Triptofano. Es un sistema de tipo represible, ya que el aminoácido
triptofano (Correpresor) impide la expresión de los genes necesarios para su propia
síntesis cuando hay niveles elevados de Trp (triptofano). Sin embargo, en ausencia de
triptofano o a niveles muy bajos se transcriben los genes del operón
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Capítulo 12
- Eucariontes
- Regulación en la Transcripción
. Factores de Transcripción
Son proteínas que no forman parte de la ARN polimerasa pero son indispensables para la
transcripción. Actúan reconociendo y uniéndose a:
-
secuencias concretas de ADN
-
otros factores de transcripción
-
la ARN polimerasa
Son estimulados por señales citoplasmáticas. Al activarse (unirse) adquieren la capacidad
de regular la expresión génica en el núcleo, ya sea estimulando, o bien reprimiendo la
transcripción de diversos genes.
En el ADN, las secuencias enhancer o potenciadoras, activan la transcripción cuando se
le unen los factores correspondientes, mientras que las secuencias silenciosas inhiben la
misma.
•
Los factores basales de transcripción son necesarios para iniciar la síntesis de
ARN en todos los promotores. Junto con la ARN polimerasa constituyen el aparato de
transcripción basal.
•
Los factores específicos reconocen promotores de genes específicos de tejido.
Un ejemplo serían los genes T-box.
Los factores de transcripción forman complejos que se unen al ADN y permiten
la actuación o no de la ARN polimerasa. De este modo, regulan la
transcripción.
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. Estructura de la Cromatina
Cuando la cromatina está en estado laxo (eucromatina) puede ser transcripta, es decir es
transcripcionalmente activa.
En estado condensado (heterocromatina), es transcripcionalmente inactiva.
. Metilación
El grado de metilación del ADN es una forma de regulación: los genes que están
metilados no se expresan.
- Procesamiento del ADN
Splicing o empalme alternativo es el proceso por el cual a partir de un solo gen se
generan varios ARNm maduros. El empalme alternativo implica el empalme de otros
conjuntos posibles de exones durante el procesamiento del pre-ARNm Por lo tanto, un
exón particular puede estar conectado a distintos exones alternativas para formar ARN
maduro. Las formas alternativas maduras de ARN mensajero producen proteínas
diferentes.
Cada uno de los ARNm maduro codifica para una proteína diferente.
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. Control a nivel de Traducción
La expresión de los genes se puede regular a través del bloqueo o la activación de la
traducción.
Un ejemplo de bloqueo de la traducción es la unión de la proteína aconitasa al ARNm que
codifica la ferritina. En el citoplasma, ésta captura el hierro libre que resulta tóxico para la
célula. En presencia de hierro libre, la ferritina se traduce en los ribosomas y puede
cumplir la función de capturar dicho hierro. Cuando los niveles de hierro son bajos, se
activa la proteína aconitasa, que se une al ARNm de la ferritina impidiendo su traducción.
Hierro
en
citoplasma
Síntesis de
Ferritina
X
Disminución
de los niveles
de hierro
Activación
de la
Aconitasa
Bloqueo de la
Traducción
. Control a nivel Post-Traduccional
Las proteínas son incapaces por sí solas de alcanzar su estructura funcional. El
plegamiento no es espontáneo, sino que requiere de la interacción entre proteínas ya
existentes y de consumo de energía, de ATP. A esas proteínas acompañantes
moleculares se las llamó "chaperonas moleculares".
Las chaperoninas moleculares son proteínas que ejercen varios efectos en el plegamiento
de las proteínas. Las chaperonas se unen a polipéptidos recién sintetizados en los
ribosomas, a proteínas que atraviesan las membranas de organelas o a proteínas que se
han desnaturalizado. Esta unión, en un número elevado de casos, desempeña un papel
protector y evita que las proteínas alcancen un estado de agregación irreversible. Si bien
las chaperonas intervienen de forma directa en el plegamiento de las proteínas, en la
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mayoría de los casos parecen transportar los polipéptidos desnaturalizados hasta las
chaperoninas, donde se pliegan.
Aquellas proteínas que no están correctamente plegadas o que no vuelven a su estructura
normal tras la desnaturalización, son destruidas por hidrólisis en los proteasomas. Éstos
son complejos proteicos grandes, presentes en todas las células eucariontes y algunas
bacterias, que se encarga de realizar la degradación de proteínas no necesarias o
dañadas.
La ubiquitina es una pequeña proteína natural de las células eucariontes. Su principal
función es la de unirse otras proteínas “marcándolas” para su destrucción. Este proceso
se conoce como proteólisis. Varias moléculas de ubiquitina se anclan a la proteína a
eliminar y esta se mueve hacia el proteasoma, una estructura con forma de barril donde
se lleva a cabo el proceso de la proteólisis. La ubiquitina puede marcar incluso proteínas
de la membrana de la célula, por ejemplo receptores, para que sean eliminadas de la
membrana. De esta forma, se realiza una regulación de la expresión génica a través de la
eliminación o no de proteínas después de su traducción.
Capítulo 12
Ubiquitinización y proteólisis