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Genética teoría Tema 6 Regulación Genética

• Los sistemas procariotas y eucariotas

• La transcripción

• Control de la expresión genética en procariotas

• El operón lactosa

• Sistemas de control positivo y negativo

• El operón triptófano

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La teoría del operón
Unidad de organización genética que permite la
regulación simultánea de genes estructurales
generalmente relacionados en respuesta a cambios
ambientales
Inducción
Los actores
Represión
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Sistema modelo en Escherichia coli la
utilización de la lactosa
E. coli en un medio con glucosa y lactosa NO
utiliza la lactosa, NO inicia la transcripción de
los genes del operón lac hasta agotar la glucosa
Por qué la lactosa no actúa como inductor en
estas condiciones?
Existe otro tipo de control en el operón lac
mediado por adenosine monofosfato cíclico cAMP y
proteína activadora cAMP CAP
El inductor unido al represor no inhibe la
expresión porque es necesaria la presencia del
regulador positivo CAP-cAMP para la expresión del
operón lac
Regulación positiva CAP unida a
cAMP. CAP-cAMP permite la unión al ADN y promueve
la expresión del operón lac
AMPc-CAP actúa sobre otros operones gal y ara
Represión por catabolito La glucosa disminuye
la disponibilidad de la adenilato ciclasa y
reduce los niveles del cAMP para la unión al CAP
Adenil ciclasa
Control positivo
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Represión por catabolito afecta al operón lac y
los operones gal y ara Pero hay otros reguladore
positivos específicos de un operón AraC
Degradación del azúcar arabinosa es un sistema
inducible en presencia de arabinosa
Estudios de mutantes araC-
NO expresan altos niveles de los genes araBAD
Mutación en araC Recesiva pérdida de función
La proteína AraC no se une al ADN del promotor
No hay transcripción de los genes estructurales
BAD
Control positivo
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Cuando la mutación en una proteína regulatoria
resulta en la no expresión de los genes debe ser
un regulador positivo (activador), si la
mutación causa una expresión constitutiva de los
genes entonces es un regulador negativo (represor)
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En el operón lac tanto el represor (el regulador
negativo) como CAP (regulador positivo) son
proteínas que ejercen su función a través de la
unión al ADN en sitios específicos
Proteína represora marcada radiactivamente
ADN viral y bacteriano Operon lac lacO
Mezclar ADN y proteína Sedimentar por
centrifugación en gradiente de glicerol
Cosedimentación del ADN operón lac y represor
marcado
ADN viral y bacteriano Operon lac lacOC
Proteína represora marcada radiactivamente
Mezclar ADN y proteína Sedimentar por
centrifugación en gradiente de glicerol
Solo ADN operón lac No hay represor marcado
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Muchas proteínas de unión a ADN contienen
motivos Helix-turn-Helix
2 a Hélices separadas por una vuelta en la
estructura de la proteína (HTH) El motivo HTH
encaja en el surco mayor del ADN Los amino
ácidos en el a hélice identifica a la secuencia
de bases del ADN
Reconoce al operador en el fago P22434
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Como las proteínas reguladoras interactúan con
la ARN polimerasa?
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Otros sistemas modelo en Escherichia coli la
síntesis del triptófano
La síntesis del triptófano es una ruta anabólica
y la presencia del producto final reprime la
expresión del operón
La unión del co-represor altera la forma del
represor y permite su unión al operador NO hay
transcripción
El represor no se une al operador, hay
transcripción
El triptófano actúa como un co-represor
La máxima expresión de los genes trp ocurre
cuando triptófano está ausente del medio
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La atenuación del operón triptófano en E. coli
Bacteria TrpR - O trpE trpD trpC trpB
trpA Expresión constitutiva de los genes
estructurales trp independiente de la presencia
del triptófano?
NO
Hay un mecanismo independiente del represor que
reprime la expresión
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La atenuación del operón triptófano en E. coli
Transcripción produce dos ARN
140 pb
Por qué hay una terminación de la transcripción
prematura?
Atenuación control de la expresión genética
mediante la terminación prematura de la
transcripción
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La atenuación del operón triptófano en E. coli
En la secuencia leader potencialmente se pueden
formar estructuras alternas secundarias de tallos
y asas. Tallo 1-2 permite formar tallo 3-4 que es
un terminador Rho independiente y detienen la
transcripción. Tallo 2-3 no permite formar el
tallo 3-4 y hay transcripción
La lectura de los primeros 14 codones determina
cual estructuras se forman. El codon trp UGG
esta dos veces al principio y la transcripción
censa la presencia de triptófano en la célula.
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La atenuación del operón triptófano en E. coli
Triptófano presente
El ribosoma transcribe pasando los 2 codones
trp. No se forma el tallo 2-3
Se forma el asa 3-4 y termina la transcripción
ARNttrp disponible
Se produce un ARN atenuado, truncado de 140 pb
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La atenuación del operón triptófano en E. coli
Triptófano ausente
El ribosoma se atasca en los codones trp
Continua la transcripción
Codones trp
Al detenerse el ribosoma permite la formación de
la horquilla con tallo 2-3 que previene la
estructura del asa 3-4
ARNtTrp no disponible
Se produce un ARNm policistrónicio con todos los
genes estructurales del operón trp
La traducción simultánea de un péptido de la
región leader determina el control fino de la
transcripción a través de censar los niveles de
ARNtTrp. El sistema de atenuación existe para
los operones His, Phe, Thr y Leu
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Cómo demostramos que existe la estructura
secundaria y que la traducción del leader
participa en su formación?

• Deleción de la secuencia leader

pérdida del control por atenuación Mutantes trpR
no responde a triptófano en el medio

• Mutaciones que alteran la formación de la
  estructura del tallo

afectan la regulación, no hay atenuación mutacione
s que restituyan el tallo, recuperan la atenuación
X
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El papel de la ARN polimerasa en la transcripción
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La inducción de factores sigma alternativos que
reconocen diferentes secuencias de promotores
sirve como un mecanismo global de regulación en
muchas bacterias

• Respuesta choque térmico en E. coli
• Esporulación en Bacillus subtilis
• Síntesis del flagelo
• Fijación del nitrógeno en Klebsiella y Rhizobium

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Diferencias básicas en la regulación de la
expresión entre procariotas y eucariotas
Características Procariotas
Eucariotas
Control de la transcripción a través de proteínas
de unión al ADN SI SI
Reutilización de los mismos motivos de unión a
ADN por diferentes proteínas de unión a ADN SI
SI Proteínas activadoras SI
SI Proteínas represesoras SI SI
Especificidad de unión al ADN de la proteína
regulatoria Específica Altamente
Específica Afinidad de unión
Fuerte Muy fuerte Papel de la estructura de
la cromatina NO SI
Control coordinado alcanzado con los
operones SI Raro Edición diferencial NO
SI Atenuación SI
NO Procesamiento del ARN NO
SI Poliadenilación diferencial NO SI
Transporte diferencial del ARN del núcleo al
citoplasma NO SI