Regulación de la expresión genética (Bacteria)

Regulación de la expresión genética
(Bacteria)
Bibliografía: Griffits Cap 10: p. 301
NIVEL TRANSCRIPCIONAL
Reguladores
Factor σ
Estructura de un operón
P: promotor de los genes estructurales E1 ... E4
R: gen regulador (codifica una proteína que regula la
transcripción de los genes estructurales)
O: operador (secuencia reconocida por la proteína que regula
la transcripción)
ACTIVACIÓN
REPRESIÓN
El modelo del Operon LAC
F. Jacob
J. Monod
A. Lwoff
Expresión inducible
Expresión inducible del operón LAC
Cuando la bacteria se
encuentra creciendo en
presencia de glucosa NO
se expresan los genes
estructurales del operón
LAC, porque el represor
se encuentra unido al
sitio OPERADOR
Si la bacteria crece en presencia de lactosa, LA LACTOSA
funciona como INDUCTOR para el Operon LAC
La lactosa se une al represor,
y este se separa del operador
Lactosa
IPTG
Inductor sintético del
Operón Lac;
No hidrolizable por β-gal
Mutantes en el sitio Operador
O+Z-Y+
OCZ+Y-
O+ : silvestre (inducible)
OC : expresión constitutiva
La región del operador actua en cis y regula a los
genes que están fuertemente ligados a éste
Mutaciones en el gen que codifica al
REPRESOR I (I –; IS)
1) Mutaciones en el sitio que
reconoce al OPERADOR (I-)
2) Mutaciones en el sitio que
reconoce al INDUCTOR (IS)
Mutaciones en el sitio que reconoce al
OPERADOR (I-)
I-Z-Y+
I + : silvestre (inducible)
I+Z+Y-
I – : expresión constitutiva
El producto del gen I (Represor) actúa en trans
Mutaciones en el sitio que reconoce al
INDUCTOR (IS)
I S : represión constitutiva
Evidencia genética del alosterismo
Modelo de la evidencia genética del alosterismo
Regulación positiva del operón lac
+ lactosa
[glucosa]
[AMPc]
[glucosa]
[AMPc]
+ lactosa
Represión por catabólito del operón lac
(Elección del mejor azúcar a metabolizar)
CAP= Catabolite activator protein
Activación del operón lac
En ausencia de lactosa
Represor
– lactosa
RNA polimerasa
¡No hay transcripción!
En presencia de lactosa y
glucosa
inductor (lactosa)
+ glucosa
+ lactosa
RNA polimerasa
¡La transcripción es baja (basal)!
En presencia de lactosa y ausencia
de glucosa
Activador
- glucosa
+ lactosa
¡La transcripción es alta (constitutiva)!
En ausencia de lactosa y glucosa
Aunque el activador esté presente....
RNA polimerasa
¡No hay transcripción!
- glucosa
- lactosa
Los factores transcripcionales (activadores o represores)
reconocen secuencias específicas en el DNA
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 ARN 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.
Cambios en la expresión genética a nivel TRANSCRIPCIÓN
¡ Regulación transcripción !
El Operon TRP (expresión reprimible)
– Triptofano
Un exceso de Trp reprime el Operón Trp
Complejo Represor-Corepresor
+ Triptofano
Comparación entre Operón Lac y Operón Trp
OPERÓN LAC
OPERÓN TRIPTÓFANO
Operón inducible, se expresa en Operón reprimible, se expresa
presencia de lactosa.
en ausencia de triptófano.
La lactosa es el inductor
El triptófano es el co-represor
El represor se sintetiza en forma El represor se sintetiza en forma
activa. Actúa solo.
inactiva. Actúa en presencia del
co-represor.
Sus enzimas participan en un Sus enzimas participan en una
vía catabólica
vía anabólica
TRADUCCIÓN
Cambios en la expresión genética a nivel TRADUCCIÓN
A
¡ Regulación traducción !
B
B
B
B
B
B
B
B
B
B
B
B
B
B
B
B
El Operon TRP
Genes estructurales
péptido
Mecanismo de atenuación
+ triptofano
tRNA-Trp
El ribosoma NO se detiene
Péptido
líder
Se forma un tallo-asa entre secuencias 3 y 4 que actúa como
terminador de la transcripción y no hay traducción de genes estructurales
Mecanismo de atenuación
– triptofano
tRNA-Trp
El ribosoma SE DETIENE
La falta de Trp ocasiona que el ribosoma NO cubra la secuencia 2
Se forma tallo-asa entre 2 y 3 en lugar de 3 y 4 lo cual está lejos de
La RNA polimerasa, la transcripción prosigue y se traducen los genes
Estructurales del operón
Regulación por posición del gen en el operón
Traducción mas eficiente
Regulación por Shine-Dalgarno
Traducción
mas eficiente
Traducción
menos eficiente
Traducción menos eficiente
Regulación por RNAs anti-sentido
dsRNA
traducción
inhibida
traducción
Mutaciones sin sentido y RNA supresores
Proteína normal
Proteína
Proteína
truncada
mutanteno
funcional
funcional