REGULACION DE LA EXPRESION GENICA

DECODIFICACION DE LA INFORMACION GENETICA

Membrananuclear

TranscripciónTranscripción

Edición del RNAEdición del RNA

TraducciónTraducción

DNA

Pre-mRNA

mRNA

Ribosoma

Proteína

Célula Célula eucarieucariotaota

La Transcripción• La información para fabricar todas las

proteínas está almacenada en las moléculas de ADN de los cromosomas.

• La sucesión de bases en las moléculas de ADN es un código químico para la sucesión de aminoácidos en las proteínas.

• Un segmento de ADN que codifica para una proteína en particular se llama gene.

Ácido Ribonucleico (ARN)• El ARN es un ácido nucleico que se

compone de una sola cadena de nucleótidos.

• Los nucleótidos de ARN están formados por ribosa en lugar de la desoxirribosa del ADN, y tienen la base nitrogenada uracilo (U) en lugar de timina.

Tipos de ARN• ARN mensajero o ARNm: lleva las instrucciones para hacer una

proteína en particular, desde el ADN en el núcleo hasta los cromosomas.

• ARN de transferencia o ARNt: lleva los aminoácidos a los ribosomas, se encuentra en el citoplasma.

• ARN ribosomal o ARNr: forma parte de los ribosmas.

Pasos de la Transcripción• La porción del ADN que contiene el código para la

proteína que se necesita, se desdobla y se separa. El resultado es que se exponen las bases.

• Los nucleótidos de ARN libres que están en el núcleo, se aparean con las bases expuestas del ADN. Como resultado, de los tripletes del ADN se forman tripletes complementarios en la molécula de ARNm. Una sucesión de tres nucleótidos en una molécula que codifica para un aminoácido se llama un codón.

• La molécula de ARNm se completa por la formación de enlaces entre los nucleótidos del ARN. La molécula de ARNm se separa de la molécula de ADN. La molécula completa de ARNm, sale del núcleo, pasa por la membrana nuclear y va a los ribosomas.

Pasos de la TranscripciónPasos de la Transcripción

• Los genes que se transcriben en una célula en un momento dado son regulados por:–La función de la célula.–La etapa del desarrollo del organismo.–El medio.

La regulación puede presentarse en cualquiera de estos casos:

1. La velocidad de transcripción de los genes individuales puede regularse

2. Las moléculas de ARN transcritas a partir del ADN pueden procesarse en ARNm diferentes.

3. Los RNA mensajeros pueden traducirse a diferentes velocidades.

4. Puede ser necesaria alguna modificación de las proteínas antes de realizar sus funciones en una célula.

5. La velocidad de actividad de las enzimas puede regularse.

Regulación genética en los procariotes• El ADN procariótico con frecuencia se organiza en

paquetes coherentes llamados operones.• En los operones radican los genes para funciones

interrelacionadas. Presentan . • 1) Región estructural: Corresponde al conjunto de

genes (cistrones) que determinan el orden de los AA en las proteínas que codifican .

• 2) Región reguladora o promotor:Esta región controla el ritmo con el que la ARN polimerasa transcribe la región estructural en ARN. Esta cerca de la anterior .

Las secuencias de ADN asociadas a los cistrones( operón)• a)Promotor: se sitúa unos nucleótidos antes del punto de inicio de la

síntesis de ARNm. • b)Operador: • Secuencia próxima a los genes estructurales .• Permite o no la acción transcriptora de la ARN pol. • Puede ser bloqueada por una 'proteína represora' (represor). • c)Regulador: • Secuencia que puede estar más distante de los cistrones. • Determina la síntesis de un represor.

Control genético de la actividad de la célula• Los genes reacciones

químicas• El “operón” es una secuencia

de genes en serie de la hebra del DNA cromosómico.

• Cada gen da lugar a una enzima específica (Gen Estructural)

• Las enzimas actúan sobre un sustrato que origina a un producto final

• Este inactiva al operador activador por retroalimentación negativa.

Control genético de la actividad bioquímica de la célula

• En las “regiones promotoras” se inicia la activación de la RNA polimerasa

• A la parte media de la región promotora se le llama: “operador represor”

• A él puede unirse una “proteína reguladora” que evita la unión de la RNA polimerasa con el promotor y bloquea la transcripción de genes.

Control genético de la actividad bioquímica de la célula

• Esta proteína reguladora se llama “proteína represora”

• Junto al operador represor está el operador activador que atrae a la polimerasa de RNA hacia el promotor y activa el operón.

• También existe control del operón mediante retroalimentación negativa.

Control genético de la actividad de la célula

• Otros mecanismos para controlar la transcripción por el operón– Gen regulador >>> proteína reguladora que activa

o reprime al operón– Si esta proteína controla simultáneamente a

muchos operones y funcionan juntos se les llama: regulón

– El DNA está encerrado y comprimido en los cromosomas junto con las histonas, así no puede haber transcripción, pero puede haber selección de áreas cromosómicas que se descomprimen y se transcriben.

REGULACION DE LA EXPRESION EN PROCARIONTES• La regulación implica interacciones entre el ambiente

químico de la célula y proteínas reguladoras especiales, codificadas por genes reguladores.

• Por ej, las células de E. coli abastecidas con lactosa como fuente de carbono y energía, requieren de la enzima beta-galactosidasa para metabolizar ese disacárido. Las células que crecen en un medio con lactosa fabrican aproximadamente 3.000 moléculas de beta-galactosidasa. Sin embargo, en ausencia de lactosa hay un promedio de una molécula de enzima por célula. En conclusión, la presencia de lactosa provoca la inducción de la producción de las moléculas de enzima necesarias para degradarla. Se dice, entonces, que estas enzimas son inducibles.

REGULACION DE LA EXPRESION EN PROCARIONTES• Por el contrario, la presencia de un nutriente determinado

puede inhibir la transcripción de un grupo de genes estructurales. La E. coli, como otras bacterias, puede sintetizar cada uno de sus aminoácidos a partir de amoníaco y de una fuente de carbono. Los genes estructurales que codifican las enzimas necesarias para la biosíntesis del aminoácido triptófano, por ejemplo, están agrupados y se transcriben en una única molécula de mRNA. Este mRNA es producido continuamente por células en crecimiento si el triptófano no está presente. En presencia de triptófano, se detiene la producción de las enzimas. Estas enzimas, cuya síntesis se reduce en presencia de los productos de las reacciones que catalizan, se denominan represibles.

GENES INDUCIBLES Y REPLESIBLES

REGULACION :Operón LacOperones inducibles, el inductor contrarresta el efecto del represor uniéndose a él y manteniéndolo en una forma inactiva. Así, cuando el inductor(lactosa) está presente, el represor ya no puede unirse al operador y pueden proseguir la transcripción y la traducción.

REGULACION :Operón Tryp

En los operones represibles, en ausencia del correpresor (TRYP), el represor se encuentra inactivo. En este estado, la transcripción y la traducción ocurren permanentemente. En presencia de un correpresor, se forma un complejo represor-correpresor y el represor se activa. Así puede unirse al operador bloqueando la transcripción

Regulación genética en Eucariotes

• La regulación genética es muy diferente en los eucariotes:–Hay genes para funciones relacionadas que

se pueden encontrar en cromosomas diferentes.–Muchos genes individuales son desplegados

en el cromosoma.–Por ello, la transcripción y su regulación son

mucho más complejas.

Los genes eucarióticos constan de segmentos de ADN que codifican la secuencia de aminoácidos de las proteínas interrumpidas por segmentos de ADN no codificantes.• Cada gen consta de dos o más secuencias de bases que

codifican una proteína, interrumpidos por otras secuencias de bases que no son traducidas en una proteína.

• Los segmentos codificantes reciben el nombre de exones.• Los segmentos no codificantes reciben el nombre de

intrones.

PROCESAMIENTO DEL mRNA EUCARIOTE

• El ARN resultante se transforma en ARNm:– Se agregan la tapa y la cola, que son nucleótidos de ARN5 metil guanosina y la cola de poli A– Las enzimas en el núcleo cortan de manera precisa la

molécula, unen los exones y se deshacen del resto.

REGULACION: Modificaciones covalentes del ADNModificaciones covalentes del ADN

La metilación de los restos de citosina en el ADN, especialmente en los sitios promotores, dificultan la transcripción. Por ejemplo: los genes de globina están más metilados en células no productoras de hemoglobina . Las metilaciones se producen en secuencias específicamente reconocidas que generalmente se agrupan en lugares ricos en GC, con frecuencia dentro o cerca de regiones reguladoras de la transcripción.

REGULACION :Modificación del número y de la estructura de los genes:

La eliminación total o parcial de genes impide la formación de ARNm y de la proteína correspondiente, los glóbulos rojos son un caso extremo donde una vez sintetizadas las proteínas estructurales y funcionales, la eliminación del núcleo en la etapa de eritroblasto ortocromático produce una célula incapaz de sintetizar toda proteína de novo .Presenta un 90% del contenido proteico total como hemoglobina

REGULACION :CONTROL TRANSCRIPCIONAL DE LA CONTROL TRANSCRIPCIONAL DE LA EXPRESION GENETICAEXPRESION GENETICA

Constituye uno de los modos más importantes de regulación de la expresión proteica en eucariontes. En esta categoría están incluídos los promotores, la presencia de secuencias regulatorias potenciadoras , y la interacción entre múltiples proteínas activadoras o inhibidoras que actúan mediante su unión a secuencias específicas de reconocimiento al ADN

F actores de transcripción : DE UNION AL ADN PARA LA DIFERENCIACIÓN

Factor Hélice asa hélice (HAH)

• Es una proteica o dominio compuesto por dos regiones de alfa hélice separadas por una de longitud variable que forma un rulo o bucle entre ellas y cadena de aa básicos. Está se une al ADN mediante la región básica que presenta. Un ejemplo FT HAH de Mioblastos implicado en el inicio de la diferenciación de las células musculares ,activa al gen de diferenciación.

F actores de transcripción : DE UNION AL ADNF actores de transcripción : DE UNION AL ADN• Conformados por residuos de 2

cisteínas y 2 histidinas que permiten la unión de cationes Zn2+ a la proteína, produciéndose un enlace coordinado del metal en el centro de ellos. Este es llamado “dedo de zinc”. Estos dominios pueden encajar en los surcos mayores del ADN. El acople de estos factores regulatorios abarca la mitad de una vuelta de la doble hélice del ADN.

• Ejemplos : factor de transcripción del gen ARNr 5S por la ARN poli III y las proteínas de la superfamilia de receptores de las hormonas esteroideas, tiroideas.

Control Genético de la función celular