TEMA 9 - REGULACIÓ PROCARIOTES (2014)

Apunte Catalán
Universidad Universidad Autónoma de Barcelona (UAB)
Grado Biología - 2º curso
Asignatura genètica molecular
Año del apunte 2014
Páginas 4
Fecha de subida 31/12/2014
Descargas 40
Subido por

Vista previa del texto

TEMA 9→REGULACIÓ DE L’EXPRESSIÓ GÈNICA (PROCARIOTES) • • • bacteris→informació genètica per sinteritzar moltes proteïnes, per nomes un subconjunt d’aquesta informació s’expressa en tot moment. Quan l’ambient canvia, s’expressen nous gens i es sintetitzen les proteïnes apropiades pel nou ambient. (ex. si apareix una font de carboni en el medi ambient, els gens que codifiquen pels enzims que capten i metabolitzen aquesta font de carboni es transcriuran i es reduiran ràpidament. Quan aquesta font desaparegui, els gens que codificaven per aquesta es silenciaran.
eucariotes→ cèl·lules individuals d’un organisme multicel·lular s’especialitzen (encara que son bastant diferents en forma i funció, una cell nerviosa i una cell sanguínia porten la mateixa informació genètica). Es fa a través de la regulació gènica: totes les cèl·lules d’un organisme porten la mateixa informació genètica, però nomes s’expressen un subconjunt de gens en cada tipus cel·lular. Els gens necessaris per altres tipus cel·lulars no s’expressen.
regulació genètica→permet flexibilitat unicel·lular i és crítica per l’èxit del tots els organismes vius.
GENS • • • • estructurals→codifiquen proteïnes que es fan servir en el metabolisme o en la biosíntesi, o tenen un paper estructural en les cèl·lules.
reguladors→els productes dels quals , sigui RNA o proteïnes, interactuen amb altres seqüències i afecten la seva transcripció o traducció. (solen ser proteïnes que s’uneixen al DNA. Aquests elements reguladors afecten l’expressió de les seqüències a les quals estan físicament lligats. Es pot donar a través de processos que estimulen l’expressió gènica (control positiu) o a través de processos que la inhibeixen (control negatiu) constitutius→ (housekeeping genes). S’expressen en totes les cèl·lules no constitutius→ s’expressen en certes condicions o en certs tipus cel·lulars.
-gens regulats→gens estructurals -gens reguladors→estan en altres regions del genoma que expressen una proteïna que regularà a un gen estructural -gen estructural→tenen un promotor. És una regió reconeguda per la proteïna del gen regulador.
-l’estimul extern interacciona amb el regulador modificant la seva activitat.
-un mateix gen pot tenir una zona per un operó i un activador. En el cas del control negatiu l’inductor el que fa és induir el receptor i inactivar-lo→es transcriu el gen. També es pot reprimir el gen activant el repressor, el gen→no es transcriu. En el control positiu podem induir l’activador i per tant fer que es transcrigui el gen o podem reprimir l’activador i per tant no es transcriu el gen. Per tant hi ha quatre tipus de regulació. Depèn de si un gen es regula per control positiu o control negatiu i si volem que es transcrigui o no.
REGULACIÓ GÈNICA • nivells de regulació:tant en bacteris com en eucariotes, els gens poden ser regulats en diferents punts al llarg de la via de flux d’informació del genotip al fenotip.
-en primer lloc, la regulació pot actuar a través de l’alteració de l’estructura del gen; aquests tipus de regulacions es troben principalment en eucariotes. Les modificacions del DNA o del seu empaquetament poden exercir influencies sobre les seqüències que estiguin disponibles per ser transcrites o sobre la velocitat a la qual les seqüències es transcriuran. La metilació del DNA i els canvis en la cromatina son dos processos que tenen un paper central en la regulació gènica.
-segon lloc, a nivell de transcripció també poden ser regulats. Es limita la producció de proteïnes de manera primerenca, i la transcripció és un punt important de regulació gènica, tant en bacteris com en eucariotes.
-tercer lloc, processament de l’mRNA. L’mRNA eucariòtic es modifica de manera exhaustiva abans de la seva traducció; s’afegeix el casquet 5’, l’extrem 3’ es talla i es poliadenila o s’eliminen els introns, • Aquestes modificacions determinen l’estabilitat de l’mRNA, que l’mRNA es pugui transcriure o no o la velocitat de la traducció.
-en quart lloc, és la regulació de l’estabilitat de l’RNA. La quantitat de proteïna produïda depèn no nomes de la quantitat de mRNA sintetitzant sinó de la velocitat a la qual es degrada el missatger.
-cinquè lloc, en l’etapa de la traducció, procés complex que requereix un gran numero d’enzims, factors proteics i molècules de RNA. Tots aquests factors, així com la disponibilitat d’AA, influeixen en la velocitat a la qual es produeixen les proteïnes i, per tant, proporcionen unts en els que es poden controlar l’expressió gènica.
-moltes proteïnes es modifiquen després de la traducció, i aquestes modificacions afecten el fet de que les proteïnes es transformen en actives o no; per tant,també és un punt de regulació.
Operons -una de les diferencies significatives en el control dels gens bacterians i eucariòtics radica en al organització de gens funcionalment relacionats. Molts gens bacterians que tenen funcions relacionades i es troben agrupats sota el control d’un únic promotor. Amb freqüència, aquests gens es transcriuen junts en un únic mRNA. UN grup de gens bacterians estructurals que es transcriuen junts (juntament amb el seu promotor i les seqüències addicionals que controlen la transcripció) es denomina operó.
-l’operó regula l’expressió dels gens estructurals a través del control de la transcripció, el que en els bacteris és, usualment, el nivell més important de la regulació gènica.
• estructura de l’operó -l’organització d’un operó. En un extrem de l’operó es troba un conjunt de gens estructurals, (gen a, gen b i gen c).
Aquests gens es transcriuen a un únic mRNA, que es tradueix per produir els enzims A, B i C. Aquests enzims porten endavant una sèrie de reaccions bioquímiques que converteixen una molècula precursora X en el producte Y. La transcripció dels gens estructurals a, b i c està sota el control d’un promotor, que es troba cap a l’extrem 5’ terminal respecte al primer gen estructural. L’RNA polimerasa s’uneix al promotor i llavors es mou cap a l’extrem 3’ terminal i transcriu els gens estructurals.
-un gen regulador ajuda a regular la transcripció dels gens estructurals de l’operó. El gen regulador no es considera part de l’operó, si bé afecta la funció d’aquest. El gen regulador té el seu propi promotor i es transcriu a un mRNA curt, que es tradueix per una proteïna petita. Aquesta proteïna reguladora es pot unir a una regió de DNA denominada operador i determina si la transcripció pot passar o no. L’operador habitualment es superposa amb l’extrem 30’ de promotor i, en ocasions, amb l’extrem 5’ del primer gen estructural.
• Control negatiu i positiu: operons induïbles i reprimibles -hi ha dos tipus de control de transcripció: el control negatiu, en el qual una proteïna reguladora actua com a repressora a l’unir-se al DNA i inhibir la transcripció, i un control positiu, en el qual una proteïna reguladora actua com activadora a l’estimular la transcripció. Els operons poden ser també induïbles o reprimibles.
-induïbles: son aquells en les quals la transcripció esta normalment apagada (no es produeix); alguna cosa ha de succeir perquè s’indueixi o s’encengui la transcripció.
-reprimibles: son aquells en els quals la transcripció esta normalment activada (es produeix); alguna cosa ha de passar perquè es reprimeixi o inhibeixi la transcripció.
1. Operons induïbles negatius (operó Lac). En un operó amb control negatiu en el lloc de l’operador, la proteïna reguladora és un repressor; la unió de la proteïna reguladora a l’operador inhibeix la transcripció. En un operó induïble negatiu la transcripció i la traducció del gen regulador produeixen un repressor actiu que ràpidament s’uneix a l’operador. Degut a que el lloc operador es superposa amb el lloc del promotor, la unió d’aquesta proteïna a l’operador bloqueja físicament la unió de l’RNA polimerasa al promotor i evita la transcripció. Per què es doni la transcripció hauria de succeir alguna cosa que eviti al unió del repressor al lloc operador. La transcripció “s’encén” quan una molècula petita, l’inductor, s’uneixi al repressor. Amb freqüència, les proteïnes reguladores tenen dos llocs d’unió, un que s’uneix al DNA i un altre que s’uneixi a una molècula petita com un inductor. La unió de l’inductor (precursor V) altera la forma del repressor i evita que aquest s’uneixi al DNA. Les proteïnes d’aquest tipus que canvien de forma a l’unir-se a una altra molècula es denominen proteïnes al·lostèriques.
-quan l’inductor està absent, el repressor s’uneix a l’operador, els gens estructurals no es transcriuen i ens enzims D, E i F (que metabolitzen al precursor V) ja no es sintetitzen. Aquest és un mecanisme d’adaptació: degut a que no hi ha precursor V disponible seria una despesa que les cèl·lules sintetitzessin els enzims quant no tenen substrat per metabolitzar. Quan hi hagi precursor V disponible, part d’aquest s’unirà al repressor i l’inactivarà, i determina que aquest no es pugui unir al lloc operador. En aquest moment l’RNA polimerasa es pot unir al promotor i transcriure els gens estructurals. L’mRNA resultat es tradueix a enzims D, E i F, que converteixen el substrat V a producte W. Per tant, un operó amb control induïble negatiu regula la síntesi dels enzims de manera econòmica: els enzims es sintetitzen només quan el seu substrat (V) està disponible.
-els operons induïbles sonen controlar proteïnes que porten a terme processos de degradació, proteïnes que degraden molècules. Per aquests tipus de proteïnes el control induïble té sentit perquè aquestes proteïnes no es necessiten si el substrat (que es degrada) no es troba present.
Ex. operó lac 1.en absència de lactosa la proteïna reguladora (un repressor) s’uneix a l’operador i inhibeix la transcripció. 2. Quan hi ha lactosa part d’ella es converteix en alolactosa...
3. Que després s’uneix a la proteïna reguladora i la trona inactiva. 4. La proteïna reguladora no pot unir-se al l’operador... i 5. Els gens estructurals es transcriuen i es tradueixen.
2. operons reprimibles negatius (ex. Trp) Alguns operons amb control negatiu son reprimibles, el que significa que la transcripció passa normalment i s’ha d’inhibir o reprimir. La proteïna reguladora en aquest tipus d’operó també és un repressor, però es sintetitza en una manera inactiva que no pot unir-se a l’operador per ella mateixa. Degut a que no hi ha cap repressor unit a l’operador l’RNA polimerasa s’uneix al promotor fàcilment i es dóna la transcripció del gen estructural.
-per inhibir la transcripció ha de passar alguna cosa que activi el repressor. Una petita molècula denominada corepressor s’uneix al repressor i el torna capaç d’unir-se a l’operador. En l’exemple de la foto el producte (U) de la reacció metabòlica es el corepressor. Quan el nivell de U sigui elevat estarà disponible per unir-se i activar- se al repressor, el que evita la transcripció. Amb l’operó reprimit, els enzims G, H i I no es sintetitzen i ja no es produeix més U a partir del percussor T.
No obstant, quan s’usa tot el producte U, el repressor ja no s’activa per U i no es pot unir a l’operador. L’ inactivació del repressor permet la transcripció dels gens estructurals i la síntesi dels enzims G, H i II, el que resulta en la conversió del precursor T en el producte U. Com passa amb els operons induïbles, els operons reprimibles són econòmics: els enzims es sintetitzen només quan és necessari.
-els operons reprimibles solen controlar proteïnes que porten a terme la biosíntesi de molècules. (ex.
els AA necessaris per la cell). El control reprimible té sentit perquè el producte sintetitzat per les proteïnes sempre es necessari per la cèl·lula. Per tant, aquest operons es troben normalment activats i s’inhibeixen quan existeix una quantitat adequada de producte ja present.
(foto): l’operó trp és un operó reprimible negatiu que controla la biosíntesi del triptòfan. En un operó reprimible, la transcripció es trona normalment activada i ha de ser reprimida, La repressió s’aconsegueix a través de l’activació del repressor quan aquest s’uneix al triptòfan. El repressor actiu s’uneix a l’operador i evita que l’RNA polimerasa transcrigui els gens estructurals. 1. El repressor trp normalment està inactiu 2. No es pot unir a l’operador... 3. I passa la transcripció. Quan el triptòfan és abundant 1. El triptòfan s’uneix al repressor i l’activa. 2. El repressor trp s’uneix a l’operador i inactiva la transcripció.
3.control positiu -amb el control positiu, una proteïna reguladora és un activador: s’uneix al DNA (habitualment en un lloc diferent de l’operador) i estimula la transcripció. Teòricament, el control positiu podria ser induïble o reprimible.
-operó positiu induïble: la transcripció normalment està apagada perquè a proteïna reguladora (un activador) es produeix en forma inactiva. La transcripció passa quan un inductor s’uneix a la proteïna reguladora i transforma al regulador en actiu.
Lògicament, l’inductor haurà de ser el precursor de la reacció controlada per l’operó, de manera que les enzims requerits es sintetitzen nomes quan hi hagi substrat per fer-ho.
-operó positiu reprimible; la transcripció passa normalment i ha de ser reprimida. En aquest cas, la proteïna reguladora es produeix en una forma que s’uneix fàcilment al DNA i estimula la transcripció. La transcripció s’inhibeix quan una substancia s’uneix a l’activador i el torna incapaç d’unir-se al DNA, de manera que la transcripció ja no es troba estimulada. Aquí, el producte (P) de la reacció controlada per l’operó, seria una substancia repressora perquè podria ser econòmic per la cèl·lula evitar la transcripció de gens que permeten la síntesi de P quan ja n’hi ha molt.
control positiu i repressió per catabòlit→ E.coli i altres bacteris metabolitzen glucosa en forma preferencial en presència de lactosa i altres sucres. Això passa perquè la glucosa ingressa a la glicòlisi sense modificació addicional i per tant, requereix menor quantitat d’energia per metabolitzar-se que altres sucres. Quan hi ha glucosa disponible, els gens que participen en el metabolisme d’altres sucres disponibles es reprimeixen, un fenomen conegut com repressió per catabòlit.
-la repressió per catabòlit resulta del control positiu en resposta a la glucosa. El control positiu s’aconsegueix a través de la unió d’una proteïna dimèrica anomenada proteïna activadora del catabòlic (CAP) i que es localitza dins o lleugerament separat en direcció a l’extrem 5’ del promotor dels gens lac. L’RNA polimerasa no s’uneix de manera eficient a la major part dels promotors, si no és que hi ha una CAP unida al DNA.
-abans de que la CAP es pugui unir al DNA, ha de formar un complex amb un nucleòtid modificat, conegut com adenosina-3’ 5’-monofosfat cíclic (cAMP). En E. Coli, la [cAMP] està regulada i és inversament proporcional al nivell de glucosa disponible.
• ↑[glucosa] dins la cèl·lula→↓[cAMP] i, per tant, hi ha poca quantitat de complex cAMP-CAP disponible per unir-se al DNA.
En conseqüència, l’RNA polimerasa→↓afinitat pel promotor lac i es dóna la una transcripció baixa de l’operó lac.
• ↓[glucosa] estimulen ↑[cAMP] el que porta a ↑ quantitat del complex cAMP-CAP que s’uenix al DNA. Aquest increment augmenta la unió de l’RNA polimerasa al promotor i incrementa la transcripció dels gens lac.
• CAP actua sobre més de 20 operons de E. Coli i la resposta a CAP varia entre aquests promotors; alguns operons s’activen per nivells baixos de CAP, mentre que altres necessiten uns nivells elevats.
...