Regulació de l'expressió gènica a procariotes (2016)

Apunte Catalán
Universidad Universidad de Girona (UdG)
Grado Biología + Ciencias Ambientales - 2º curso
Asignatura Genètica
Año del apunte 2016
Páginas 4
Fecha de subida 19/03/2016
Descargas 10
Subido por

Vista previa del texto

Umukie Bosch Altimiras Genètica Regulació de l’expressió gènica en procariotes REGULACIÓ DE L’EXPRESSIÓ GÈNICA EN PROCARIOTES Oportunistes nutricionals: sempre que puguin obtindran els compostos del medi. Quan aquests no estiguin disponibles, els sintetitzaran mitjançant rutes de biosíntesi. Si aquestes rutes tenen una despesa energètica, és important que només s’activin quan són estrictament necessàries.
Els bacteris han desenvolupat sistemes de regulació de gens que estan connectats a sensors sensibles a detectar els compostos del medi. Els mecanismes han de reconèixer les condicions ambientals i han de ser capaços de connectar i desconnectar la transcripció d’un o diversos gens.
Es parla de proteïnes i DNA: -Promotor -Seqüència properes que regulen. Determinen si la transcripció del promotor es dur a terme o no.
Dos tipus de proteïnes: (Operador) -Activador: Proteïna que activa la transcripció. Reconeguts per una seqüència específica del DNA. S’ha de trobar unida al DNA perquè la transcripció sigui òptima.
La presència de la proteïna s’anomena regulació positiva! -Repressor: Proteïna que inhibeix la transcripció. Quan es troba unit impedeix que la DNA polimerasa avanci o s’uneixi al promotor.
La presència de la proteïna s’anomena regulació negativa! Interruptors gènics, són les proteïnes reguladors i les seqüències de DNA. Controlen canvis eficients en la regulació dels gens.
Han de ser capaços de reconèixer quan han d’actuar en funció del medi. Per tant, tenen dos estats, un que els permetrà unir-se al DNA i un altre que no. Ve determinat per l’acció de l’efector al·lostèric (compost que provoca un canvi de factor en la proteïna). Aquestes proteïnes tenen dos dominis, el del DNA i el del domini al·lostèric. Aquest últim té com a funció reconèixer les condicions ambientals, és anomenat centre al·lostèric.
Provoquen un canvi en el domini d’unió de la proteïna que fa que es pugui unir al DNA, en el cas de l’activador. En el cas del repressor, provocarà que es desuneixi la proteïna del DNA.
OPERÓ LACTOSA: Mecanisme molt ben estudiat i s’entén molt bé.
Tenim dos elements, els gens estructurals (que codifiquen per unes proteïnes) i la seqüència reguladora.
Gens estructurals, codifiquen per tres gens: -Y: codifica per la permeasa, fa que pugui entrar la lactosa.
-Z: beta-galactosidasa. Dissocia la lactosa en glucosa i galactosa.
-A: trans-acetilasa. No és important.
Seqüència reguladora, s’hi troba: -gen I: Codifica pel repressor lac -Seqüència de la regió promotora -Seqüència de la regió operadora. Seqüència de reconeixement del repressor.
El gen I es troba a prop dels gens estructurals, però podria estar molt lluny, la seva posició no afecta.
L’operó lac està formada per la regió reguladora i la regió estructural, excepte el gen I.
La proteïna repressora té un domini unit al DNA i un domini unit al compost al·lostèric. Quan la lactosa (compost al·lostèric) és reconeguda per un centre al·lostèric lac del repressor, es produeix una transició al·lostèrica i el repressor es desenganxa del DNA i es durà a terme la transcripció. És un mecanisme de regulació per inducció.
Els mecanismes que actuen eliminant el repressor són els mecanismes de regulació per inducció.
L’operó lac va ser descrit el 1960 per Jacob & Monod. Van induir mutacions que permetien veure els efectes de la mutació a l’operó lac i veure quin era l’efecte de cada gen. Van definir els diploides parcials (merodiploides). Es construeixen introduint un plasmidi al factor F que porta la regió de l’operó lac. Creen soques heterozigotes amb diferents mutacions afectant diferents gens i regions.
-Si la mutació esdevé als gens estructurals, trobem mutacions funcionals. Es comportaven com recessives respecte els al·lels salvatges.
*Aplosuficiència: els gens mutats no es poden transcriure, però els gens salvatges de l’altre al·lel, és suficient per transcriure el producte.* -Si la mutació esdevé a les regions reguladors, trobem: Regions reguladors constitutives, que provocaven que els gens es transcrivissin hi hagués lactosa o no.
Per exemple l’operador està mutat i el repressor no s’hi pot unir i aturar-la o si el repressor mateix es troba mutat.
Si l’operador és el mutat, es comporta com si fos dominant respecte l’al·lel salvatge en el heterozigot. És CIS, només actua sobre els gens de regions adjacents del mateix cromosoma.
Si el repressor és el mutat, es comporta com a recessiu respecte el salvatge. És TRANS perquè la mutació afecta a un dels al·lels, però l’altre podrà fabricar-lo igual i el producte, el repressor, podrà actuar en els dos costats.
Regulació per repressor de catabòlit: Si trobem glucosa al medi, serà més útil utilitzarla a ella enlloc de la lactosa. Quan hi ha molt glucosa, molt poc ATP es converteix en cAMP. A concentracions més baixes de glucosa, el ATP es converteix en cAMP. La proteïna CAP és reguladora (Proteïna reguladora per catabòlit), i està regulada pel cAMP. Està codificada per un gen proper a l’operó de la lactosa (gen crp [proteïna receptora cAMP]). CAP és activadora, quan està unida al cAMP, s’uneix al lloc de reconeixement dins el promotor lac i activa la transcripció.
S’observa que en mutants que tenen alterada la proteïna CAP o que no poden transformar el ATP en cAMP, tenen un rendiment molt baix de l’operó de la lactosa (molt poc efectiva). Per tant, l’operó necessita lactosa, però també absència de glucosa.
** Operó arabinosa: Una única proteïna dirigeix el control negatiu i positiu. L’operó de l’arabinosa té tres gens a la regió estructural i un gen (araI) a la regió reguladora. Trobem també un operador. El gen regulador araC és adjacent i codifica per la proteïna araC. En presència d’arabinosa (factor al·lostèric) la proteïna araC reconeix la regió araI i activa la transcripció. De forma paral·lela l’eficiència màxima necessita una proteïna CAP amb cAMP de la mateixa forma que l’operó del lac. araC actua també de repressor, sense arabinosa, araC canvia la conformació i s’uneix al araI i al operador, formant una pinça que impedeix físicament la transcripció.
El gen araC pot tenir mutacions constitutives (araC activa la transcripció independentment de si hi ha o no arabinosa), n’hi ha d’altres que provoquen una pèrdua de la funció i per tant no es transcriuria mai.
** En moltes rutes biosintètiques on els gens codifiquen pels enzims de la mateixa síntesi.
Aquestes rutes estan inactives si hi ha la presència del producte de la ruta metabòlica. Quan el repressor del Trp (per exemple) s’uneix al Trp, permet que reconegui el operador i s’eviti la transcripció dels gens.
Si tenim mutants per la proteïna repressora o el punt d’unió, resulten mutacions constituents ja que es transcriuen els gens sí o sí. S’observa que quan s’eliminava el trp del medi, s’intensificava la resposta. Això ens indicava que hi havia un segon mecanisme, atenuació.
Aquest es basa en la seqüència líder (seqüència 5’ dels estructurals que es transcriu però no es tradueix) es troba entre l’operador i els estructurals. És excepcionalment llarga en aquests procariotes i que es tradueix com a pèptid (pèptid líder) independent als altres. Aquesta regulació és un sistema de regulació que funciona un cop començada la transcripció. La seqüència líder té regions complementàries, que permet formar estructures d’aparellament i forquetes (n’hi ha de dos tipus). A la traducció trobem 2 trp seguits, això indica que hi ha trp en el medi. A mesura que es tradueix, el ribosoma ocupa una zona que permet que es formi un loop (3-4) més endavant que farà de terminador intrínsec, com que es troba amb una regió amb moltes UUUUU, la RNAp recula, xoca i cau. S’atura i per tant no hi haurà els enzims que sintetitzin trp, ja que ja n’hi ha.
Sense trp en el medi, durant la traducció, no es pot formar els dos trp i això fa que el ribosoma no permeti la formació del loop a la zona propera a les UU sinó abans (2-3) i això farà que la RNAp no caigui i segueixi la transcripció.
A la HIS: 7His A la PHE: 7Phe *** A algunes situacions, els procariotes necessiten transcriure molts gens alhora i coordinats. Això s’aconsegueix amb el factor sigma, que permet que la RNAp es col·loqui on toca. En el procés d’esporulació per exemple.
En aquest procés hi ha una divisió asimètrica. Es troben diferents sectors sigma alternatius que es van transcrivint. Trobem el A i el H. Amb la pre-espora s’activa una factor alternatiu sigma F.
Permet l’expressió simultània de més de 40 gens. Un d’aquests gens codifica per una proteïna que és secretada a la cèl·lula mare i desencadena un processament proteolític del precursor sigma E es converteixi en el factor sigma E. Aquest permet que s’activin més de 250 gens. Al final s’activen factors sigma G (espora) i sigma K (mare).
Com ho fan? Tots els gens a la seqüència de reconeixement semblants en els promotors, són regulons, comparteixen unes seqüències en el promotor que els reconeix el mateix factor sigma. Permet una resposta ràpida.
Ens porta a parlar de regulacions en cascada i xarxes complexes de regulacions.
...