Regulación de la Expresión Genética

Facultad de Química, UNAM
POR LO TANTO, PARA QUE HAYA REGULACIÓN DE LOS
GENES TIENE QUE HABER REGULACIÓN POSITIVA Y
NEGATIVA
1630 Genética y Biología Molecular
GENE
Regulación de la Expresión
Genética
CON
Regulación positiva (+)
El gene “se enciende”
Unidad 8
(se transcribe o se
transcribe +)
En el flujo de la información desde DNA hasta una proteína
activa, hay varios pasos regulatorios.
Eucariontes
Procariontes
GENE CON
Regulación negativa (-)
El gene “se apaga”
(no se transcribe o se
transcribe -)
OPERÓN
Los genes, para ser regulados, se organizan en OPERONES
Un operón es un conjunto de genes que obedece a las
mismas señales de encendido o apagado
Estos genes en general están acomodados contiguamente
en el DNA
... si no hay síntesis del RNAm,
el resto de los pasos y la
regulación no pueden operar.
Proteína
Activa
La regulación a nivel
transcripcional es la más
importante cuando se habla de
regulación de la expresión
genética.
Los genes que integran un operón pueden ser de dos tipos:
reguladores y estructurales. También contienen secuencias
especiales o sitios de control
genes
sitios de
reguladores control
genes estructurales
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La lactosa es un disacárido que se debe hidrolizar
para ser utilizado:
Genes
regulador
GALACTOSIDASA
GALACTOSA
LACTOSA
Los operones están formados por genes
estructurales y una región de control
Regiones
de control
Genes estructurales
GLUCOSA
La β-galactosidasa hidroliza a la lactosa para generar glucosa
y galactosa.
Genes estructurales
La glucosa es metabolizada.
La β-galactosidasa convierte
parte de la lactosa a alolactosa
o = región operadora
p = promotor
La βgalactosidasa
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.
Galactosidasa
Permeasa
Transacetilasa
Se elimina la lactosa
El represor unido al sito operado previene
la transcripción de los genes z, y, a
Se añade
lactosa
Tiempo
2
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.
REGULACIÓN FINA DEL OPERÓN LAC
Aun 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.
AMP cíclico
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Cuando los niveles de AMPc se incrementan, se une a la proteína
CRP
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.
Regulación del operón de lactosa.
Regulación Negativa. Represor
No hay lactosa, hay glucosa, el represor está activo y el operón
está apagado
CRP
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.
Hay lactosa, hay glucosa. Los niveles de AMPc son bajos. La
síntesis del RNAm lac es pobre.
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Regulación positiva.
Inducción
El represor se une a triptofano y este complejo se une al operador
reduciendo la transcripción 70 veces aproximadamente.
Hay lactosa, glucosa es baja, niveles de AMPc son altos. Se
sintetiza mucho RNAm lac
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)
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En eucariontes, la regulación de la expresión genética se
puede dar a distintos niveles.
La caja TATA funciona como señal para la unión de la proteína
TBP (TATA-binding protein). La unión de TBP al DNA causa una
torsión de éste, facilitando la apertura de la doble hélice.
El factor de transcripción IID (TFIID) se une a promotores que
contienen la caja TATA a través de la proteína TBP.
Se forma un complejo multiproteíco en el promotor que permite
la asociación de proteínas que están unidas a otras regiones en el
promotor.
Los promotores de los genes eucariontes son más complejos
que los procariontes. Muestran menor conservación en los
elementos de reconocimiento de las RNA polimerasas.
Inicio de la
transcripción
Regulación de la transcripción en eucariontes.
Además de los factores de transcripción generales que
forman el complejo basal de transcripción, hay otras
proteínas que se unen con alta afinidad a motivos
específicos en los promotores, en los elementos
regulatorios y en las regiones intensificadoras.
18 - 25 nts
Caja TATA: TATA(A/T)A(A/T)
*URE (Elementos regulatorios “río arriba”). Son sitios de unión de otras
proteínas (factores de transcripción) que facilitan la unión de la RNA
polimerasa y la transcripción de ese gen. De 100 a 200 pb del inicio.
• Se unen fuertemente al DNA
• Activan la transcripción
Enhancers (Sec. Intensificadoras). Regiones en el DNA que
están alejadas por más de 1000 pb del sitio de inicio y que activan al
promotor para que ocurra una transcripción más eficiente.
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Estas dos actividades distintas residen en dominios discretos y
bien caracterizados de los factores de transcripción.
Los factores de transcripcion homeóticos regulan la expresión de
genes durante el desarrollo embrionario.
Además, pueden tener dominio de dimerización, pues es
frecuente que actúen como homodímeros o heterodímeros.
Mutante Antenepedia
en Drosophila
melanogaster
Algunos factores de transcripción también tiene un dominio de
unión a un ligando, por ejemplo, a una hormona.
Dominio de Unión al
DNA
Dominio de
Dimerización
Dominio de
Transactivación
Estos factores de transcripción se
encuentran altamente conservados en
eucariontes.
La posicion de sus genes en el cromosoma
se encuentra en el mismo orden de las
regiones del embrión cuyo desarrollo
controlan.
Dominios de Unión al DNA
Dominio Hélice-vuelta-Hélice.
4 Hélices alfa.
Las hélice 2 y 3 están
separadas por un giro β de tal
manera que quedan en ángulo
recto.
Una o dos hélices se unen al
surco mayor del DNA
Ejemplo:
Factores de transcripción
homeóticos.
Dominios de Unión al DNA
Dominio dedo de Zinc
Se forma un asa de 12
aminoácidos que contiene 2
His y 2 Cys. Estos AA
coordinan a un ión Zn2+
Esta estructura se repite tres
o más veces a lo largo del
dominio.
Ejemplo:
Factor de transcripción Sp1
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Dominios de Dimerización
Zippers de Leucina
Contiene una región rica en
Leu (cada 7 aa, hay Leu).
En ausencia de la hormona esteroidea, el receptor está unido a una
proteína inhibidora en el citoplasma. Cuando la hormona
esteroidea se une al receptor, éste se disocia del inhibidor,
permitiendo que el receptor forme un dímero y se transloque al
núcleo.
Se forma una superficie
hidrofóbica en una hélice α
Esta estructura se forma en
las dos subunidades que
forman el dímero. Hay
interacciones hidrofóbicas
entre ellas.
El dominió de unión al DNA del receptor a la hormona esteroidea
interactúa específicamente con el la secuencia de unión al DNA y
esto genera la activación del gen blanco.
Muchos factores de transcripción son activados por hormonas
que son secretadas por un tipo celular para transmitir la señal a
otro tipo.
Una clase de hormonas son las esteroideas que son lipofílicas y
difunden a través de la membrana plasmática donde
interactúan con factores de transcripción que son receptores de
hormonas esteroideas.
Regulación de la expresión genética en eucariontes
por microRNAs
Los microRNAs son
sintetizados por la RNA
pol II
• Se sintetizan como
precursores largos (primicroRNA).
• Se añade el CAP al
extremo 5’.
• Se poliadenilan en el 3’.
Ácido retinoíco
• Son procesados por
nucleasas para formar
pre-microRNA
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Regulación de la expresión genética en eucariontes
por microRNAs
• Exportación de los
pre-microRNAs al
citoplasma.
• Procesamiento por la
nucleasa DICER.
• Se elimina la región
del asa.
• RNA duplex
asimétrico.
• mRISC separa las
cadenas de RNA.
• Una cadena es
complementaria al RNA
mensajero
Represión de la traducción
Degradación del RNAm
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