Tema 3 (2013)

Apunte Catalán
Universidad Universidad Autónoma de Barcelona (UAB)
Grado Genética - 2º curso
Asignatura Biologia Molecular de Procariotes
Año del apunte 2013
Páginas 24
Fecha de subida 05/02/2015
Descargas 0

Vista previa del texto

TEMA 3. Expressió gènica en Bacteris II No hem d’imaginar que si un promotor té un mecanisme de regulació els altres no afecten perquè tenen efecte acumulatiu.
Com s’enteren els bacteris del que passa a l’exterior? La regulació controla el què cal que la cèl·lula faci (necessitats que té internament) en funció de les condicions externes. Hi ha ínputs que venen de l’exterior i sistemes sensors de dos components (2 dominis) que les detecten.
Tens un receptor que pot ser una proteïna o un complex que funciona com a receptor i una sèrie de proteïnes transportadores del senyal. El receptor és el que rep el senyal (presència d’un sucre, concentració d’un aà...) i llavors la/les proteïnes que transmetran la senyal canvien (de normal el sensor té activitat quinasa i fosforila la proteïna que podrà actuar de diverses maneres (pot interferir en els promotors per exemple)). Les senyals solen ampliar-se en cascada activant noves proteïnes per exemple.
Aquest sistema s’anomena de dos components perquè hi ha dos dominis: el que rep el senyal i transforma el segon domini i el que actua com a proteïna reguladora de l’expressió gènica o proteïna que fosforilarà altres proteïnes que acabaran tenint un efecte regulador de l’expressió (un sensor i un que es modifica).
Molècules moduladores globals de l’expressió gènica Parlarem de regulons (conjunt d’operons diferents que estan regulats per una mateixa proteïna o senyal)i modulons (conjunt de gens que poden respondrà a una proteïna reguladora comú, inclús si es tracta de diferents regulons).
Són respostes globals de la cèl·lula. A partir d’un senyal determinat la cèl·lula, mitjançant un regulador o modulador transmetrà la senyal i afectarà un pool de gens que intervindran en aquest senyal. Aquests dos termes a vegades són gairebé iguals.
Les dues molècules principals són el ppGpp i el cAMP.
(p)ppGpp Tetrafosfat o pentafosfat de guanosina / alarmona (com a idea de hormona (senyal) en moments d’alarma) / Magic Spot: li posen els que ho descobreixen perquè quan miren el contingut de la cèl·lula, fan una electroforesi en 2D del contingut d’aquesta i s’adonen que en alguns moments i condicions determinades a vegades apareixia i a vegades no (fins que van descobrir que era degut a un augment d’aquesta substància).
El ppGpp no és una proteïna reguladora transcripcional. El moduló controlat per ppGpp no és altra cosa que la resposta astingent. És a dir, quan una cèl·lula es troba en un estat en el que la concentració de nutrients baixa molt (pas de medi ric a medi mínim) entra en col·lapse i necessita activar una sèrie d’operons que li permetin sobreviure en aquelles noves condicions.
Aquesta resposta el que fa és veure que han canviat molt les condicions per tant no pots desaprofitar els recursos que tens perquè en el medi n’hi ha poca quantitat.
En aquestes condicions (tRNAs buits i factors d’elongació de la cadena aminoacídicaà apareix ppGpp), el que fa la cèl·lula és començar a sintetitzar aà i degradar proteïnes per poder generar enzims per crear aà o com a mínim poder-se alimentar dels seus. També inhibirà els operons, de la síntesi de tRNA, rRNA... i s’encarregarà de produir els lípids i àcids nucleics per sobreviure.
Mutant auxotròfic (que no pot sintetitzar algun compost). El canvi d’un medi ric a un de mínim, seria equivalent però amb un efecte encara major, en el cas d’un mutant auxotròfic que passi d’un medi ric a un de mínim respecte la substància que no pot produir perquè aquest de normal ja només l’obté del medi.
Com es dispara la resposta astringent? El més habitual és que en una situació normal, quan un ribosoma avança per la cadena de mRNA es va trobant amb tRNAs amb l’aà que toca units a ell. Quan hi ha un canvi de medi ens trobem amb tRNAs buits, ja que la concentració d’aà és molt baixa i aquests tRNAs s’acumulen.
Quan això passa aquests també entren al ribosoma com ho farien els carregats però el ribosoma no li pot passar l’aà a la cadena que formarà la proteïna.
El ribosoma s’acaba desestabilitzant. La RelA s’associa al ribosoma i al detectar que el ribosoma no avança crea ppGpp que s’acumula i el ribosoma es desensambla. Si la resposta astingent funciona (no tRNAs buits) s’aconsegueix produir aà, el ribosoma podrà tirar endavant i ja no es formarà ppGpp,cosa que inactiva aquesta resposta.
És un pla de xoc per adaptar-se a viure a un medi amb menys nutrients.
En una situació amb pocs aà, RelA produirà ppGpp i en condicions limitants també hi ha unes senyals que induiran la producció de ppGpp. Quan les condicions externes i intrecel·lulars s’equilibren el ppGpp ha de desaparèixer i d’això s’encarrega SpoT (treu fosfats a la ppGpp perquè no es segueixi donant la resposta astringent). SpoT com a conseqüència de la variació en les condicions del ambient i les senyals que rep, pot generar o degradar ppGpp.
Mecanismes d’actuació del ppGpp Com ho fa ppGpp per controlar aquesta resposta si és un nt? El ppGpp té bàsicament dos efectes: · Directe.
o Sobre l’accés dels NTPs La RNA pol té diferents canals (per un entra el DNA i surt, per l’altre surt el RNA i l’altre és per on entren els ribonucleòtids).
(Vermells= carregats amb ppGpp).
Aquests entren pel canal d’entrada dels ribont i el bloquegen evitant l’entrada dels nts a la RNA pol. Quan això passa la RNA pol no pot polimeritzar, disminueix la seva velocitat, es desestabilitza i salta. Si hi ha presència de ppGpp des del començament les RNAs pol seran capaces de polimeritzar igual si d’entrada ja van a una velocitat més baixa i constant. Tindran una velocitat de polimerització menor però si sempre van a la mateixa velocitat aquestes RNA pol podran seguir produint RNA. Només salten les que havien començat a sintetitzar els RNAs quan les condicions eren bones i no hi havia ppGpp i després hi ha un canvi en el medi.
o Modula la capacitat de reconeixement de la regió promotora.
Una RNA pol normal associada a una sigma concreta reconeix millor a uns promotors determinats. ppGpp associat a una altra proteïna (Dks) pot entrar a l’estructura de la RNA pol i modificar el lloc de reconeixement de les sigmes canviant la seva afinitat per uns determinats promotors. Hi haurà promotors que es convertiran en promotors forts i no ho eren (per exemple els de la síntesi d’aà, els de trencament de proteïnes, els de la síntesi de lípids...) i altres que es tornaran febles (com els de la síntesi de tRNA, rRNA...). El ppGpp modificarà el reconeixement de la RNA pol dels promotors.
· Indirecte. El que generen els directes però també es poden observar com una acció sobre l’expressió.
o Increment en la disponibilitat de la RNA pol.
Uns dels promotors més forts de la cèl·lula en condicions normals són els de la síntesi de RNA i els més febles, els de síntesi d’aà.
Quan hi ha pocs aà i hi ha ppGpp que interacciona amb la RNA pol modificant les sigmes, els promotors forts ja no ho seran tant i la RNA no s’enganxarà tant sovint als promotors que abans eren forts (els de síntesi de RNA). El contrari amb els que eren febles, que en aquesta situació en convertiran en forts i s’expressaran molt més del que abans s’expressaven.
o Disminució de la concentració de GTP.
Si RelA i SpoT utilitzen GTP per sintetitzar ppGpp en medis pobres la concentració relativa de GTP baixarà. Les primeres bases de l’RNA són A o G. Tots els RNAs que comencin amb G, en medis pobres i resposta astringent, es traduiran menys perquè la concentració de G és baixa. Això també és un efecte de control o Modula l’estabilitat de factors sigma.
No només ppGpp interacciona amb una proteïna que modifica les sigmes que interaccionen amb RNA pol, sinó que a més, la presència d’aquestes proteïnes associades modula la creació de noves sigmes que reconeixen millor algunes seqüències promotores (adaptades a reconèixer les seqüències que en aquesta nova situació cal que s’expressin). Això es dóna mitjançant proteïnes que degraden sigmes que a la cèl·lula no li interessa tenir o proteïnes que protegeixen sigmes de promotors que es volen expressar.
Un cop s’han activat els gens d’anabolisme i a l’interior de la cèl·lules les concentracions de tRNAs, nts, aà... són les correctes, com que la cèl·lula està adaptada, encara que tardi més en produir nutrients perquè està en un medi mínim, ja no activarà la resposta astringent i creixerà correctament. (només es dóna en el moment del canvi de medi).
Aquesta resposta l’associem a un canvi metabòlic. Això ho estudiem pensant en una cèl·lula que estem fent créixer in vitro. Però in vivo, quan pot passar que es doni aquest canvi? Per exemple quan una cèl·lula viu en un bassal i aquest s’asseca (xoc osmòtic), o quan un patogen entra en un organisme va a la sang (per exemple, perquè és un medi pobre en nutrients)... Per això també s’associa a processos de virulència, esporulació, a la formació de biofilms (estructures de supervivència), a la producció d’antibiòtic...
Exemple: en el cas de Legionella pneumophila i altres cèl·lules, s’associa amb la síntesi de factors de virulència que permeten escapar de les vesícules de lisi dels macròfags.
cAMP. Repressió per catabòlit Els bacteris, a l’hora d’obtenir energia tenen com una jerarquia d’utilització de fonts de carbonis i tenen un mecanisme que ho ordena. El primer que es consumeix és la glucosa perquè és el que energèticament els surt més a conte catabolitza. Només utilitzaran altres fonts de carboni quan la glucosa s’hagi acabat al medi. Si hi ha glucosa encara que per exemple hi hagi lactosa, utilitzaran el primer substrat.
Quan es consumeix la Glc apareixen un seguit d’indicadors. La glucosa no vehicula la seva pròpia resposta, no és l’efector del control i la resposta. La glucosa s’utilitza per ser consumida i obtenir-ne energia. En aquest cas, el que crearà una resposta i detectarà presència o absència de Glc serà l’AMPc que és ATP però amb un sol fosfat que es troba ciclat. L’enzim que passa d’ATP a AMPc és l’adenilat ciclasa (AC).
Observació de l’expressió de l’operó lactosa (Lac). Si hi ha lactosa i glucosa en un medi el que primer es consumeix és la glucosa. Sabem que quan hi ha lactosa al medi s’indueix l’expressió del operó Lac. Si només hi ha lactosa al medi el nivell d’expressió de l’operó Lac serà màxim. Si afegim glucosa al medi, just després d’afegir-la, l’expressió de l’operó Lac s’inhibeix una mica però, quan la glucosa s’acaba, l’expressió de Lac augmenta un altre cop. Els experiments van demostrar que quan afegeixes glucosa al medi però també afegeixes AMPc, el nivell d’expressió de l’operó Lac era el mateix que si no hi hagués glucosa. Això indica que la molècula de glucosa no és l’efector de la resposta perquè si hi ha AMPc i glucosa la cèl·lula no detecta que hi ha glucosa al medi. La presència d’AMPc fa que la cèl·lula cregui que els nivells de glucosa són baixos (indica la no presència de glucosa i aquesta senyal fa que la cèl·lula utilitzi altres fonts de C com la lactosaà expressió de l’operó Lac).
Relació entre cAMP i glucosa El fosfat que permet l’entrada de la glucosa s’obté de la següent manera. Hi ha PEP, l’Enzim1 i HpR (proteïna rica en His).
PEP fosforila E1, E1 fosforila HpR i aquesta passa el fosfat a la IIA, Aquesta a la IIB i aquest, unit al transportador del sucre que es troba a la membrana fosforila la glucosa quan entra a la cèl·lula (IIC és el transportador).
Resulta que la proteïna IIA no només fosforila el transportador que permet l’entrada de glucosa, sinó que també pot donar el fosfat a l’adenilat ciclasa per ciclar ATP fins a obtenir AMPc. Té dues funcions. Per tant, quan hi ha glucosa, IIA passarà el fosfat al sucre i no li podrà passar a l’AC i les concentracions d’AMPc seran baixes. Però sinó hi ha glucosa, IIA li passarà el fosfat a AC i no a IIC i AC ciclarà ATP a AMPc i generarà la senyal de que no hi ha Glc a la cèl·lula.
Com actua l’AMPc per acabar produint aquesta inhibició de l’operó Lac? L’expressió d’aquest operó està induïda per lactosa però només això no és suficient. AMPc interactua amb CRP: proteïna de repressió per catabòlit (que és el mateix que CAP: proteïna de l’activació generada per catabolit). Aquesta proteïna no té activitat de interacció amb el DNA sinó està acomplexada amb AMPc. CRP-AMPc té una seqüència específica d’unió amb el DNA. Aquest complex tindrà un efecte activador de l’expressió del promotor de l’operó Lac. El promotor d’aquest operó no és fort (encara que hi hagi lactosa en el medi, la RNA pol reconeixerà poques vegades el promotor). CRP-AMPc interacciona amb la regió upstream i fa que el promotor sigui més fort perquè aquest complex interacciona amb l’RNA pol i l’ancla al promotor.
A l’operó Lac no només hi ha la regió d’unió de CRP, sinó també la regió d’interacció de la proteïna LacI que quan interacciona amb el DNA, encara que el complex CRPAMPc estigui unit al DNA, l’expressió no es donarà. Sí que es donarà quan no hi hagi glucosa (per tant, el complex CRP-AMPc estigui unit al DNA) i quan hi hagi lactosa (no hi ha LacI reprimint l’expressió de l’operó Lac). Això farà que la RNA pol s’uneixi molts més cops al promotor que de normal perquè passa a ser fort.
Operó Lac (complex CRP-cAMP) Tant és que hi hagi glucosa si hi ha AMPc, perquè només que hi hagi AMPc ja es forma el complex CRP-AMPc i s’expressa l’operó. La quantitat d’AMPc tampoc importa si n’hi ha la suficient perquè es formi el complex.
Si tenim 4 medis: 1. Glu+lacà hi haurà baixa [cAMP] i baixa expressió de l’operó lac 2. Lacà la [cAMP] serà alta (igual si afegim més cAMP), l’operó s’expressarà bé 3. Lac+ cAMPà la [cAMP] serà igual d’alta que en el medi 2, l’operó s’expressarà igual que en el 2 4. Glu+lac + cAMPà l’operó lac s’expressarà igual que en 2 i 3 L’operó lac s’expressarà igual en els medis 2, 3 i 4. L’únic medi on s’observa la inhibició de l’operó lac serà en el medi 1.
Es diu repressió per catabòlit perquè com a catabòlit considerem la glucosa. Quan hi ha molta concentració de glucosa, no hi ha AMPc ni formació del complex CRP-AMPc, per tant no s’expressa l’operó Lac. L’absència de la glucosa, en canvi, activa l’expressió (no glucosa à sí AMPc à sí CRP-cAMP).
AMPc controla els gens de degradació de sucres, nts, aà, proteïnes...
gens que codifiquen per la degradació de compostos per obtenir energia regulats per aquest mecanisme (el que controla que es mantingui la jerarquia a l’hora de consumir els compostos del medi). També els gens de la respiració. També la resistència a antibiòtics perquè quan la glucosa falta és quan s’activen aquests mecanismes de toxines per aconseguir els pocs nutrients que hi ha al medi i matar la resta d’organismes del medi (eliminar la competència). El complex CRP-AMPc té un efecte inhibidor en els gens de la síntesi de CRP i AMPc. És un feedback - natural i lògic per regular les concentracions d’aquests compostos.
Fins aquí expliquem el model en bacteris gram – (Model: E. coli) En microorganismes gram + (Model: Bacillus subtilis) també hi ha aquesta jerarquia a nivell de consum de compostos per obtenir energia. Fins que entra la glucosa (per els mètodes de transport) i es fosforila és el mateix, però el senyal metabòlic en aquest cas no és l’AMPc, sinó la fructosa 1,6 bisfosfat (FBP). En presència de FBP la proteïna rica en His (HPr) serà fosforilada i crearà un complex CcpA-HPr. Aquest complex s’unirà al DNA actuant com a inactivador dels promotors regulats. Serà inactivador perquè la Glc i la FBP estan relacionades( a més glucosa, més FBP), per tant, inactivarà la síntesi d’altres compostos a degradar menys “efectius” que la glucosa. El que permetrà que Ccp interaccioni amb DNA serà la presència de FBP.
Altres moduladors de l’expressió gènica Dins dels mateixos gram – aquest mecanisme també s’adapta al metabolisme de cada bacteri. En cada organisme hi haurà una adaptació d’aquest mecanisme a les seves necessitats i jerarquia de materials consumits. Ex: Pseudomonas putida.
Aquest bacteri és un respirador de succinats i acetats. El modulador CRC s’encarrega del bloqueig de la traducció de gens de transport d’altres sucres si existeixen en el medi succinat o acetat.
Quorum sensing: Lactones Els bacteris es comuniquen molt entre ells i poden activar respostes genètiques en funció de la concentració de bacteris que hi ha al seu voltant, poden regular l’expressió dels seus gens en funció de la densitat de bacteris que hi ha al voltant. La cèl·lula, si vol passar la seva informació genètica, el que fa és mirar si al seu voltant hi ha bacteris que puguin actuar com a receptors.
Si detecta que hi ha altres bacteris activarà els mecanismes per transmetre DNA, sinó no (perquè seria un gasto d’energia enorme per res).
Una manera de fer-ho és mitjançant lactones. Compostos que secreten els bacteris al medi. La mateixa cèl·lula capta la presència de lactones del medi: si hi ha moltes cèl·lules al voltant seu, com que totes excreten lactones, la concentració d’aquestes al medi serà alta.
Llavors activarà respostes gèniques associades a la necessitat que tingui en aquell moment. Si hi ha molt poques cèl·lules, la concentració de lactones al entorn serà molt baixa.
Hi ha molts tipus de lactones que donen diferents informacions i transmeten diferents senyals. S’anomenen lactones perquè tots tenen una estructura que es diu lactona. Hi ha altres compostos com petits pèptids que també tenen funció de quorum sensing. Hi ha lactones que poden ser reconegudes per espècies diferents i allunyades filogenèticament.
Cyclic-di-GMP Es coneix de fa poc. Aquest compost és un anàleg de AMPc.
A les cèl·lules hi ha les diguanilat cyclases (enzims que produeixen cdGMP) que és una molècula efectora. Moltes proteïnes (totes les que en la seva seqüència tenen el motiu: GGDEF) tenen activitat diguanilat ciclasa. Moltes de les proteïnes que es troben utilitzant el sistema de transport tenen aquesta seqüència. Aquestes activen una cascada de fosforilació mitjançant l’activació de factors transcripcionals i riboswitch (RNAs que vehiculen respostes d’atenuació) i, per tant, hi ha molts processos cel·lulars regulats i vehiculats per la concentració de cdGMP. La presència d’aquest efector té molts efectes pleiotròpics sobre la cèl·lula (afecta a moltes processos a la vegada). Com que té molt input, podem pensar que no és molt específica aquesta senyal.
Efecte en l’O2 (acceptor final d’electrons).
També és important veure quin és l’acceptor final d’electrons. Els microorganismes poden ser aeròbics, anaeròbics o facultatius. Aquests últims que poden escollir el seu acceptor final d’electrons necessiten d’algun element que els indiqui si hi ha O2 al medi o no per sintetitzar només la CTE majoritària. Si està en un medi aeròbic calen uns citocroms concrets. En un medi anaeròbic hi haurà diferents acceptors d’electrons possibles, per tant vol dir que hi ha d’haver un sistema que reguli quin és l’acceptor i la cadena de citocroms que cal utilitzar. També existeix un ordre (jerarquia) en la utilització dels acceptors final d’electrons per tenir millor balanç final (Fumarat> nitrat > nitrit). Quan la cèl·lula està en anaerobiosi hi ha una resposta que controla de quin acceptor disposa i on està de l’ordre jeràrquic. Qui ho fa és la proteïna FNR que controla els enzims que estan dins de la ruta de citocroms per acceptar l’electró i permet acceptar-ne uns o altres a partir de les necessitats de la cèl·lula.
Com censa la cèl·lula si té O2? En anaerobiosi existeix una resposta que controla quin acceptor hi ha al medi i on de l’ordre jeràrquic es troba. La proteïna encarregada de fer això és la proteïna FNR que controla la transcripció dels gens de tots els enzims de la ruta de citocroms (és un regulador total) i activarà un o altre en funció de l’acceptor que hi hagi en aquest moment. La FNR és una proteïna de control transcripcional.
Això la cèl·lula ho determina establint un balanç REDOX. La parella que se sol utilitzar en la majoria de microorganismes és el Fe2+/Fe3+ (segons si està en O2: Fe3+ i FNR no està activa.
Si no hi ha O2: Fe2+ i l’enzim està actiu). Quan està actiu ha de començar a generar els enzims que formen part del sistema d’anaerobiosi. Si s’activen els dos sistemes vol dir que utilitzaran tots els acceptors i això a la cèl·lula no li interessa perquè vol que es consumeixin els acceptors per ordre jeràrquic.
Altres sensors que no són globals o totals, com NarX, el que fan és, en aquest cas, si hi ha nitrat, inactivar gens que codifiquen pels complexes que utilitzen com a acceptor el nitrit i fumarat. En canvi s’expressaran els gens que codifiquen pels que utilitzen com a acceptor final d’electrons al nitrat.
En les cèl·lules hem d’entendre la regulació de l’expressió com un conjunt que té molts inputs que en global generaran una resposta. Dins una resposta hi haurà diferents regulons.
Un gen pot estar regulat per la presència d’oxigen, de glucosa i activat per FNR, la seva expressió final dependrà de tots aquests inputs.
Regulació de l’expressió gènica en bacteris Hi ha diferents tipologies de reguladors.
Es pot dir que els gens estan positivament regulats (augment de la seva expressió) o negativament (hi ha una disminució de l’expressió). La majoria d’activadors de promotors es troben per la regió upstrem (UPS) i els inactivadors per la regió downstream (DNS).
Hi ha dos tipus de control però no implica que sempre hi hagi un repressor o un activador. Un inductor el que fa al final és un augment de la expressió i el co-repressor o represor el contrari.
Negatiu per Inductor. Hi ha un repressor que s’unirà al DNA només si no hi ha inductor. Si aquest hi és el repressor no es podrà unir al DNA per tant no podrà bloquejar el gen i aquest s’expressarà.
Negatiu per Co-repressió. En el cas del triptòfan cal que el repressor estigui unit al corepressor perquè el repressor pugui actuar contra el promotor del gen fent que no es pugui expressar.
Positiu per Inducció. Cal que l’activador o apoactivador (CRP), interaccioni amb l’inductor (AMPc) per unir-se al DNA i induir l’expressió del gen.
Positiu per Co-repressió Hi ha un activador que activa l’expressió i el co-repressor el que fa és que al unir-se al activador aquest no es pugui unir al DNA i disminueixi l’expressió (però que l’activador no activi no vol dir que no es transcrigui res, si tot és correcte sempre hi ha un nivell basal d’expressió).
La molècula reguladora pot tenir diferents efectes. Ex: regulació mitjançant AMPc. CRP-AMPc té capacitat d’unió amb el DNA, el que pot fer que tingui un efecte positiu o negatiu en diferents moments sense que el mecanisme canviï (que la molècula actuï com a inductor o corepressor). AMPc pot actuar d’inductor i sobre l’operó lactosa actua com a co-repressor.
Depèn del lloc on s’uneixi; si el lloc de interacció està més enllà del +1 ja no afectarà afavorint el promotor i l’anclatge de la RNA pol sinó que l’únic que farà serà entorpir-la (actuar de repressor).
Activadors Podem tenir una activació simple o múltiple. Un mateix promotor pot rebre la mateixa senyal d’estímul per dues bandes. Dos estímuls d’activació tindran un efecte major sobre l’expressió perquè les senyals se sumen i acaba havent-hi més expressió.
Podem parlar també del paper dual: un complex pot actuar com a inhibidor o activador segons on troba la zona d’interacció de la proteïna en cada gen. A vegades els activadors poden acabar tenint un efecte negatiu sobre l’expressió de gens, ja que l’activador activa un repressor del gen. Si coneixes al via (procés) pots veure fàcilment que un repressor activa una molècula que activa una molècula que inactiva el gen. Si no, és quan fàcilment confons l’activador per un repressor.
Repressors Molts repressors actuen mitjançant el bloqueigen de la regió -10.
N’hi ha d’altres que interaccionen amb una altra regió davant de -35 i a la típica de darrera de -10 generant com un loop perquè s’amaguen els llocs d’unió de la RNA pol. la concentració del repressor també afectarà a la regulació de l’expressió del gen: com més repressor hi hagi més fàcilment es formaran loops, l’RNA pol ja no detectarà la regió d’unió. Si un parell de repressors es desenganxa encara hi haurà l’altre parell que seguirà fent funció d’inactivació unit a la regió -10 però sense formar el bucle.
També hi ha repressors que poden actuar sense unir-se al DNA. Interaccionen amb activadors que es troben units al promotor evitant que aquests interaccionin entre ells o amb la RNA pol i l’anclin al DNA.
Els repressors també poden presentar efectes indirecte positius i negatius, apart dels efectes directes. Si el repressor no interacciona directament amb el gen sinó que hi ha un efecte cascada que, per exemple, bloqueja un activador, obtindràs un efecte negatiu indirecte. El repressor actua sobre un primer gen el producte del qual activa el gen que estàs estudiant i, per tant, si el producte d’aquest primer gen no es produeix, el gen estudiat no s’activarà.
També pot passar el cas contrari i tenir un efecte activador indirecte del gen. Si tens un primer gen que el seu producte inactiva l’expressió del gen que estudies. Quan aquest primer gen repressor no actuï, el gen estudiat no estarà bloquejat i es podrà expressar).
OPERONS BACTERIANS Exemples concrets de sistemes de regulació. Tots els operons bacterians es poden dividir en: · · Catabòlics: Relacionats amb la degradació. Operó lactosa (segrega enzims per degradar la Lac). Es regulen mitjançant la repressió per catabòlit. En cas dels grams negatius la resposta es dóna gràcies al complex CRP-cAMP i en el cas dels grampositius per Ccpa-FBP.
Anabòlics: Relacionats amb la síntesi de compostos que li serviran per fer certes accions. Operó trp (la cèl·lula sintetitza l’aà). Tindran un control per ppGpp, la resposta astringent modularà les respostes de síntesi (efecte negatiu sobre la síntesi d’elements relacionats amb síntesi de ribosomes).
Catabòlics Operó lactosa És un operó catabòlic i, per tant, estarà controlat per CRP-cAMP. També pot tenir un control només del propi l’operó: control negatiu per inducció (el de problemes). La lactosa és l’inductor del sistema. En absència d’inductor es transcriu i tradueix només el transcrit curt generant la proteïna repressora LacY, que s’unirà a l’operador bloquejant la transcripció del transcrit llarg que conté els gens estructurals (Lac Z: beta galactosidasa, Lac Y: permeasa, i LacA: transacetilasa). En presència de lactosa aquesta s’uneix al repressor (proteïna producte de LacI) i aquest deixa de reprimir l’expressió de l’operó. Dins del operó Lac hi ha tres regions d’interacció amb el repressor (tres operons: taronja, groc i verd??) . Aquestes tres tenen diferents afinitat i por ser que l’operador només s’uneixi a un operador, al primer i el segon generant un loop...
A més, existeixen diferents mutacions amb efectes sobre l’operó lactosa: en l’operador (regió d’interacció del repressor), al repressor, que el repressor sigui insensible al inductor... que pot donar diferents maneres de modular el gen.
Operó triptòfan Té dos tipus de control: per atenuació (trpL és el petit pèptid de la regió atenuadora que es genera) i control de la resposta astringent per ppGpp. Com l’anterior, té un control propi addicional. És un operó que conté diferents gens. N’hi ha un, trpR (regulador de l’operó triptòfan) que codifica per una proteïna repressora. Per tant, el control serà negatiu. Quan el repressor uneix triptòfan, la seva estructura canvia i passa a tenir afinitat pel DNA. El complex repressor s’uneix al promotor i bloqueja la transcripció de l’operó Trp (el trp doncs, és un corepressor à control negatiu per co-repressió).
A baixes concentracions de triptòfan la síntesi de tot l’operó és normal (transcrit llarg) i s’obté el producte de la transcripció: l’aminoàcid.
Quan les concentracions són altesà control per atenuació, la majoria de transcrits seran curts perquè hi haurà un repressor bloquejant el promotor i la transcripció del transcrit llarg (encara que sempre hi ha un nivell basal de síntesi de triptòfan). La cèl·lula bloqueja tant aquesta síntesi perquè el promotor té una regió -35 molt òptima, és molt fort. Si no hi hagués control per atenuació, el nivell basal seria molt alt de bon principi. És un promotor tan bo que s’utilitza per crear promotors sintètics (com Ptac, un promotor híbrid de la regió -35 del operó trp i el +10 del operó lactosa.
Té l’operador del operó Lac i es regula per la presència de lactosa) i generar expressió dins de cèl·lules procariotes.
També ens podem trobar amb operons constitutius (on el repressor no s’hi uneix), repressors d’alta afinitat, insensibles...
Operó arabinosa L’arabinosa és un sucre, per tant, es tracta d’un operó catabòlic que per definició estarà controlat per CRP-cAMP però que també té un control propi. La síntesi d’arabinosa requereix tres subunitats transcripcionals que contenen els gens que codifiquen pels enzims que degraden l’arabinosa. Aquestes tres subunitats estan sota el control del mateix regulador araC (arabinosa controler), per tant, són un reguló. Només en presència d’arabinosa el regulador s’uneix al DNA per activar les unitats transcripcionals (control positiu per inducció).
Funcionament del sistema de control propi ESTRUCTURA D’AraC (és el regulador de l’expressió de l’operó i d’ell mateix). Té dos dominis estructurals: un d’unió al DNA i l’altre d’interacció amb l’arabinosa.
CONFIGURACIÓ DE LES REGIONS D’INTERACCIÓ D’AraC - PROMOTOR Pbad. En absència d’ arabinosa, el regulador (AraC) es pot unir a les regions operadores de Pbad: a una que està una mica més enllà de la regió -35 de Pbad i una altra que es troba molt més enllà de -35. En aquestes condicions el regulador pot unir-se a les dues regions i estabilitzar-se formant un dímer. Això permet generar un loop que evita la transcripció del promotor perquè no mostra el promotor de forma correcta. La RNA pol no pot transcriure a partir d’aquesta zona perquè no hi interacciona bé. En presència d’arabinosa, aquesta s’ancla al seu domini d’interacció del regulador (AraC) fent que aquest canviï de conformació i això fa que el dímer no es pugui estabilitzar (no formen el dímer de la mateixa manera). Enlloc de bloquejar l’accés de la RNA pol, s’induieix la unió de la RNA pol en els promotors.
En les altres unitats transcripcionals només hi ha efecte positiu perquè la regió que està molt més enllà de -35 només existeix en el promotor Pbad (en els altres dos, no), per tant, l’únic control que tindràs serà positiu per inducció perquè no es podrà formar el loop ni els dímers d’aquella manera.
Pbad és un promotor molt bo i s’utilitza en enginyeria genètica (és el promotor d’araB, A i D).
Podrà exercir d’activador o de repressor segons la situació. Quan no vols que s’expressi no poses arabinosa en el medi i l’expressió basal de l’operó és molt baixa perquè tens un repressor que ha canvia estructuralment i queda molt bloquejada l’expressió (perquè es tanqui el promotor cal que el dímer interaccioni en l’operó i l’altra regió més enllà de -35). I quan afegeixes arabinosa augmenta molt l’expressió en comparació amb quan no n’hi ha perquè el regulador canvia de conformació (no hi ha el loop i el promotor no està bloquejat sinó que estimules la RNA pol, s’indueix la transcripció) i té efectes molt extrems. Hi ha una dualitat del inductor (AraC és una molècula que pot actuar de les dues maneres segons la situació i el promotor amb el que interacciona). Sempre és un control per inducció (arabinosa = inductor) però el control pot ser positiu en dos subunitats transcripcionals i positiva o negativa en el promotor Pbad (només canviant de configuració).
Control de l’aparell de síntesi de proteïnes ribosomals Parlarem dels ribosomes en procariotes i com controlen la seva expressió.
El ribosoma d’E. coli i el de la majoria de bacteris està format (apart de per RNA) per rRNAs i proteïnes ribosomals i estan constituïts per una subunitat gran (50S: té 34 proteïnes ribosomals que van de la L1 a L34) i una petita (30S: té 22 proteïnes ribosomals de la S1 a S22).
Els gens que codifiquen per les proteïnes ribosomals s’agrupen en unitats transcripcionals grans i un mateix promotor regula l’expressió de moltes d’aquestes proteïnes.
*en E.coli en la replicació del cromosoma es parla de minuts, en canvi en els altres bacteris es medeix en unitats. Això es perquè un cromosoma d’E.coli tarda 100 minuts a passar a una nova cèl·lula, per això s’han anat posicionant els gens en funció dels minuts. Per això en E. coli es diu que l’origen està al minut 83’5.
L’esquema representa les unitats transcripcionals que codifiquen per proteïnes ribosomals (distribució dels gens de les proteÏnes ribosomals en el cromosoma d’E.coli). Una unitat transcripcional no només codifica per proteïnes de la subunitat petita, sinó que també codifica per proteïnes de la subunitat gran, i també poden codificar per altres coses (subunitats de la RNA pol, factors transcripcionals, tRNAs o gens implicats en la replicació). Aquestes unitats transcripcionals solen estar a prop de l’oriC, això té el seu sentit perquè quan la cèl·lula s’està dividint necessita ribosomes.
Les proteïnes ribosomals tenen una alta afinitat per l’rRNA però a seqüències concretes. Quan es sintetitza una de les unitats transcipcionals (és el que passa en la majoria), per exemple la que conté els gens de L2 i L1, a partir d’mRNA generat d’aquesta unitat transcripcional s’obté l’RNA i les dues proteïnes. Com que aquestes tenen afinitat per l’rRNA, l’aniran a buscar i hi interaccionaran donant lloc, en aquest cas, a la unitat gran del ribosoma (juntament amb altres proteïnes).
Són operons anabòlics, per tant, estan regulats únicament per ppGpp (resposta astringent) que reprimirà les unitats transcricpionals dels ribosomes perquè en situacions on la resposta astringent s’activa significa que el nivell de síntesi d’RNA ha de baixar. Els promotors d’aquests gens solen ser molt forts (sinó hi ha resposta astringent es van sintetitzant). Quan la [rRNA] disminueix les proteïnes sintetitzades no troben rRNA al qual poder unir-se. No es pot controlar a nivell transcripcional, per regular-ho la regió de l’mRNA té una regió líder que s’assembla a la regió amb la que interaccionen del rRNA. Les proteïnes llavors s’uneixen al mRNA per la regió líder que justament és on hi ha el RBS. Al unir-s’hi el bloquegen i evitant la traducció de l’mRNA. En aquest cas no exerceixen un control transcripcional sobre el gen sinó posttranscripcional o traduccional. Aquest tipus de control té l’avantatge respecte el transcripcional de que els mRNAs ja estan sintetitzats, per tant, és una forma de reaccionar immediatament si tornen a canviar les condicions i el medi es torna ric (només caldrà traduir els mRNAs a proteïna).
Control de la síntesi de rRNA La part no proteica del ribosoma. Els gens que codifiquen per l’rRNA s’anomenen rrn. També estan agrupats en unitats transcripcionals policistròniques i n'hi ha una agrupació al costat de l’oriC. Només hi ha tres tipus d’rRNA (16, 5, 23) però hi ha moltes còpies d’aquests gens dels rRNAs en el genoma. A E.coli, per exemple, hi ha 22 còpies de rRNA 16.
Unitats transcripcionals que codifiquen per rRNA a E.colià Organització de les unitats transcripcionals a E.coli Les unitats transcripcionals estan formades per gens d’rRNA i tRNA i totes contenen 16S, 23S i 5S: els tres tipus de rRNA. Entremig dels rRNAs hi ha addicionalment 1, 2, 3 o 4 gens per tRNA. Per tant, no tots els operons són iguals però tots codifiquen per els tres rRNAs.
Hi ha forces copies del rRNA, totes es diuen rrn i són còpies d’aquestes unitats transcricpcionals.
Aquest model és el de E.coli però serveix per quasi tots els microorganismes.
Processat d’mRNA per obtenció d’rRNAs La unitat transcripcional serà transcrita tota sencera perquè té només un promotor. El prerRNA transcrit, des del promotor fins al final (tota la unitat sencera) és el que s’anomena transcrit primari que es processarà per obtenir diferents mRNAs. A continuació se li fa un processat a aquest pre-rRNA mitjançant diversos enzims.
Les endonucleases tallen per zones concretes i les exonucleases eliminen, des dels extrems, les bases sobrants fins a obtenir l’rRNA, generaran els productes gènics reals (transcrits secundaris).
Sempre es dóna d’aquesta manera i és dels pocs processats que existeixen en procariotes, per tant en aquest cas el processat no és una excepció, com és el cas dels introns, que en general no n’hi ha però trobem alguns procariotes que en tenen.
Igual passa amb els tRNAs. No tots es troben codificats en les unitats de les que parlàvem abans i la resta està en unitats transcripcionals que només tenen gens que codifiquen per tRNAs.
Quan surt el transcrit primari, com que tenen una estructura secundària molt forta i característica, ja queden plegats. Tornen a haver-hi endo i exonucleases que tallen per separar els elements del transcrit primari i ajustar l’RNA fins als transcrits secundaris (respectivament).
Perquè tots els tRNAs tinguin la mateixa seqüència que serà reconeguda per la RNAaminoacil transferasa (tbox) hi ha dues possibilitats: que quan surti el tRNA ja contingui la seqüència consens o que se li afegeixi durant el processament dels transcrits primaris (ho fa la tRNA nucleotidil transferasa).
Sempre tindrem un control de ppGpp perquè els rrn són operons anabòlics i, a més, sempre són els primers que es veuen inhibits quan el medi es fa pobre (és del primer que en disminueix la síntesi). Tots es processen i són policistrònics.
Control de l’operó rrnB rrnB és un operó anabòlic que codifica per rRNA.
Els operons anabòlics poden tenir més d’un promotor, però totes les unitats transcripcionals de rRNA i tRNA estan controlats per ppGpp (en presència de ppGpp la regió d’unió de la RNA pol a -10 varia i no encaixa bé).
Tot i que hem dit que aquests operons no tenen control propi, no només es controlen per ppGpp. Sinó que també hi ha proteïnes de torsió (NAPs) que donen un plegament al DNA i regulen aquests operons.
La proteïna Fis quan interacciona amb els promotors dóna accés a la RNA pol i encara hi pot haver més transcripció perquè el promotor encara és més fort (tot i que ja ho era).
El contrari passa amb la proteïna H-NS que dóna la torsió contrària i amaga el promotor a la RNA pol dificultant el seu anclatge.
Per tant, si regulem l’expressió de les proteïnes de torsió podem regular una mica l’expressió del promotor (no és un control propi pq no hi ha un promotor transcripcional). No és el mateix efecte que un regulador transcripcional però també ajuden (encara que menys) a mostrar o amagar el promotor.
Si el medi és ric, la cèl·lula aprofitarà i voldrà que el promotor fort ho sigui al màxim. En canvi, si el medi és pobre interessa que els promotors forts no ho siguin tant per estalviar. Aquestes NAPs regulen tots els operons, tot i això, quan es miren les regions promotores d’operons com els de l’rRNA o de tRNA s’observa més llocs d’interacció per aquestes proteïnes NAPs del normal. Això indica que juguen un paper molt més important en aquests promotors que no pas en els d’altres operons com el Lac.
La concentració d’aquestes proteïnes no només es modula en funció del medi sinó també segons l’estat cel·lular. (Fase cel·lular= línia discontínua blanca (estacionaria, exponencial i de latència), contínua negra = concentració de HNS o FIS).
En una fase exponencial de creixement, la concentració de proteïna Fis augmenta i quan es passa a la de latència disminueix (la cèl·lula ja ha crescut i no necessita que s’expressin tant els operons de rRNA).
El contrari passa amb H-NS: en fase exponencial la concentració d’HNS és baixa fins que arriba la latència en la que les cèl·lules estan esperant a que les condicions canviïn, i són quasi inactives.
De fet, quan baixa la [Fis] puja la [H-NS].
Small RNA (sRNA) RNA regulador que modula l’expressió gènica (determinen la traducció dels transcrits i ajusten la velocitat de degradació dels transcrits). Es deia que només es trobaven en eucariotes donant a entendre que no són presents en procariotes. Es va veure però, que sí que existien en procariotes i que realment són molt importants i n’hi ha molts que regulen forces processos.
· · CIS: que actua en el mateix lloc on està essent sintetitzat (o molt proper).
TRANS: el punt d’acció i el de síntesi tenen una localització diferent.
Els Cis acting són els primers que es descriuen. Dins de les unitats transcripcionals s’observava que en el sentit contrari al transcrit inicial hi ha un promotor que genera un transcrit diferent (vermell). Els dos transcrits complementaris entre sí perquè estan sintetitzats en el mateix punt (són resultat de la mateixa cadena el que varia és la direcció en la que els transcrius). El que fan aquests RNAs d’interferència és unir-se formant RNAs de doble cadena (es pot generar un dúplex o cadena de dsRNA). Aquesta situació la cèl·lula la detecta com a anòmala. Hi ha ribonucleases que fan un tall i permeten que les exonucleases ho degradin o directament aquestes zones van al degradosoma (conglomerat de RNAsas, exoribonucleases i endoribonucleases que actuen sobre un RNA i el degraden). El que fa aquest RNA d’interferència és regular la vida mitja d’un altre RNA. Si no hi hagués el blau (sRNA), el vermell tindria una vida mitja més llarga per poder traduir més productes. Tot i no actuar sobre la transcripció dels RNAs aquest mecanisme ajuda a la regulació. És just on són complementaris els dos RNAs per on es controla, per això és un sistema cis.
Quan la regió on es produeix l’sRNA és a prop de la regió líder es bloqueja el RBS i això té dos efectes: un que la vida mitja d’aquest RNA sigui més curta i s’enviï a degradar i també s’aconsegueix que el ribosoma no es pugui unir al mRNA i el nivell de traducció d’aquest mRNA sigui més baix. Jugant amb els promotors de la seqüència blava i vermella, el mes fort s’expressarà més que l’altre.
Més endavant es veu com també existeixen els TRANS acting sRNAs. Petits gens que només codifiquen RNAs que tenen una estructura secundària molt plegada i potent. Hi ha un equilibri entre diferents conformacions i maneres de plegar el DNA (tenen estructures palindròmiques).
Es va veure que alguns, podien tenir activitat en cis i en trans, podien controlar l’expressió d’unitats transcripcionals que es trobaven a prop o lluny del punt on es sintetitzaven els sRNA, i d’altres que només actuaven en TRANS.
Exemples de regulació negativa (són molt variables i tenen molts tipus de mecanisme d’acció) Alguns actuen sobre els RBS (cis acting. Bloquegen i fan inaccessibles els RBS). Aquests tenen una estructura 2ª concreta i gràcies a l’acció d’una proteïna (Hfq) poden unir-se a un RNA i estabilitzar els heterodímers (l’interacció) entre sRNA i RNA. Hi ha un tros en forma de dsRNA que interacciona amb la regió de RBS. Aquest sistema seria molt poc específic (l’sRNA es podria unir a qualsevol RBS). Per ser més específic reconeix la regió final (trailer) del RNA i ho estabilitza així no deixa que s’hi uneixi el ribosoma i es forma una estructura que es detecta que s’ha d’eliminar. Només s’unirà als mRNAs que tinguin el RBS i el trailer al que és complementari el sRNA.
També pots trobar-te amb dues regions que reconeixen el RBS i una regió que és específica d’una seqüència concreta més lluny de la regió líder del mRNA i estabilitza uns loops que es detecten per degradar.
Exemples de regulació positiva Hi ha un sRNA amb una estructura determinada que interaccionarà amb el RBS però el que fa és alliberar la regió del RBS (quan l’mRNA surt del ribosoma ja té l’estructura secundària que li pertoca i el RBS queda bloquejat perquè per la pròpia estructura 2ª ja queda unit a una seqüència complementaria del propi RNA). El que farà llavors l’ sRNA és alliberar la regió RBS durant una estona perquè es pugui traduir (encara que s’acabarà enviant a eliminar igualment al final com passa amb els negatius que hem explicat abans).
La interacció entre mRNA i sRNA en aquest cas produeix l’estabilització de l’mRNA. Això té poc sentit i és contrari al que hem explicat fins aquí. El que aquest fenomen fa quan passa és ajudar a que hi hagi més efecte polar. Hi ha una unitat transcripcional i un sRNA que no forma part d’aquesta unitat perquè s’ha de sintetitzar en sentit contrari. Existeix també una RNAasa que talla per seqüències d’unió característiques de l’RNA. El producte de l’sRNA el que fa és tapar la diana de reconeixement de la RNAasa. El que passa és que l’RNA es segueix degradant però només fins a que s’arriba a l’heterodúplex perquè ni les endonucleases ni les exonucleases reconeixen seqüències bicadena (en sentit 3’à5’ mitjançant exonucleases). Les endonucleases faran talls de normal, però en aquesta situació no funcionen.
L’efecte polar augmenta perquè el gen W és la primera zona d’RNA que s’elimina des de 3’, en canvi, la resta de gens que es troben després de l’heterodúplex estaran molt més temps traduint-se perquè el transcrit s’estabilitza. Sembla ser que l’estructura que genera l’heterodúplex d’RNA no és tan ben reconeguda pel degradosoma i, per tant, encara augmenta més la vida mitjana del transcrit. S’afegeix un nou nivell de regulació, com més GadY més llarga serà la vida mitja del transcrit i més RNAs s’estabilitzaran.
També trobem sistemes més complexes d’activació que impliquen diferents dianes de l’sRNA.
Hi havia un microorganisme que tenia una unitat transcripcional amb dos gens (glmU i S). Al posar l’organisme en un medi nou es va veure que la síntesi de producte gènic era molt baixa.
Els promotors eren forts i no hi havia problemes en la transcripció. Creien que el problema era en la traducció, deien que era perquè el RBS no estava prou optimitzat (però encara no coneixien els sRNA). Van veure que el RBS no era tant diferent i no podia ser el problema. La regió líder era curta i tenia una estructura secundària molt forta al extrem 5’ que no deixava que el RBS fos reconegut pels ribosomes. Es van adonar que hi havia estímuls externs que generaven un augment del producte però no augmentava la transcripció del promotor. I després es van descobrir els sRNA. Deien que hi havia un sRNA que el que feia era obrir l’mRNA perquè es transcrigués. Van buscar sRNAs que poguessin ser responsables d’aquest efecte i en van trobar un, el GlmY. Van veure que si l’eliminaven la producció proteica del gmlU i S disminuïa però no semblava que hi hagués complementarietat entre l’sRNA i la regió líder i això no els lligava. L’explicació d’aquest fet era que hi havia dos sRNAs que regulaven el sistema. Existeix un altre sRNA que sí que és complementari a la regió del RBS i sí que fa la funció que esperaven que fes l’altre sRNA.
El que no és complementari (GlmY) ajuda a que el sistema de regulació funcioni. Es va veure que el complementari d’aprop del RBS i que permet deixar lliure el RBS (GlmZ), és ràpidament degradat per una proteïna (YhbJ) perquè es talla per la regió d’abans de la zona que permet mostrar el que tapa el RBS. Llavors l’sRNA no fa la seva funció. La seqüència dels sRNA no és la mateixa però l’estructura és molt similar. És per aquest motiu que, com que la proteïna YhbJ el que reconeix és l’estructura, degrada els dos sRNAs indistintivament. Per això quan afegien l’sRNA GlmY disminuïa la producció proteica del gmlU i S, perquè s’establia una relació de competència entre sRNAs i com que no es degrada tant GlmZ perquè també es degrada GlmY, pot augmentar la concentració de producte proteic.
Poden regular i tenir efectes tant positius com negatius: bloquejar RBS o alliberarar-los, impedir degradació, generar un loop que impedeixi que mostri RBS o l’amagui, un loop que impedeixi l’entrada del ribosoma o la faciliti, alguns que actuen en trans poden unir endonucleases o fer que aquestes no actuïn... Hi ha molta variabilitat per això les xarxes de regulació gènica són molt complexes. Es tracta d’un control a nivell de traducció, postranscripcional (menys en el cas de B).
Gens sRNA Reguladors transcripcionals Altres mecanismes de control Quan canvies el medi en un bacteri, el que aquest fa és adaptar aquestes xarxes i els sistemes de regulació transcrpcional, post-transcripcional o ambdós alhora.
Poden tenir una dosi gènica en funció del lloc i la situació en la que es troba el gen.
També pot dependre de l’activitat i reconeixement del promotor.
També hi ha sistemes d’atenuació.
Cal tenir en compte l’estabilitat i la vida mitja del mRNA, els nivells de transcripció... varien i, com a conseqüència, també varia la traducció i la concentració de producte.
En relació al RBS, s’ha de tenir en compte la seva afinitat pel ribosoma i si es mostra més o no.
Tot això i altres efectes i, en conjunt, acaben donant l’activitat enzimàtica que és el que veus tu finalment L’ús de codó El codi genètic està degenerat, hi ha aa que venen determinats per més d’un codó. Sovint un codó és més freqüentment utilitzat que la resta per un mateix aà i això pot estar associat a la concentració i contingut en GC, però no sempre. El microorganismes tenen ús de codó perquè d’alguna manera han seleccionat positivament un codó i no un altre. Els tRNAs tenen aprox la mateixa vida mitja, cal la mateixa energia per fabricar els diferents tRNAs... Pot ser degut al nombre de copies de gen que codifica pel tRNA.
A E.coli hi ha un codó que codifica per leucina (UUG) i està molt poc utilitzat en aquest bacteri.
La majoria de gens que tenen aquest codó són gens associats a elements que comporten patogenicitat. Resulta que el tRNA que codifica per aquest codó en concret també té una regulació transcripcional molt controlada.
Quan la cèl·lula detecta que es troba dins d’un hoste i ha d’infectar i ser virulent (a partir de l’mRNA que ja té sintetitzat) la cèl·lula es posarà a produir molts d’aquests tRNAs de patogenicitat perquè deixin de ser un factor limitant i s’expressin aquests gens de virulència.
La cèl·lula ha controlat evolutivament que els codons en els gens de patogenicitat siguin aquests que es troben en poca concentració i perquè poden estar molt regulats i els altres codons de tRNA que porten Leu, com que no són complementaris amb el codó dels gens de patogenicitat no cal que estiguin tant regulats ni en tant poca concentració.
S’ha vist que es restringeix l’ús d’aquest codó en gens que codifiquen per proteïnes que tenen una relació de funció entre ells i això és perquè la síntesi d’aquests tRNAs estan regulats per la mateixa senyal (per exemple, estar dins del hoste i cal ser virulent). Quan hi ha aquesta senyal aquests tRNAs es sintetitzaran molt i com que ja hi haurà l’mRNA d’aquestes proteïnes transcrit, només caldrà traduir-los quan hi hagi prou tRNAs sintetitzats. Així doncs, les proteïnes acaben estant regulades pel control de la síntesi de tRNA que es troba en menys concentració (que de normal és un factor limitant i es troba molt controlat).
Cal tenir en compte que els reguladors transcripcionals són importants però també hi ha moltes altres senyals i altres tipus de regulació de l’expressió gènica.
...