Tema 5. Regulación de la expresión génica (2017)

Apunte Español
Universidad Universidad Autónoma de Barcelona (UAB)
Grado Nanociencia y Nanotecnología - 2º curso
Asignatura Biologia Molecular
Año del apunte 2017
Páginas 9
Fecha de subida 17/06/2017
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Tema 5 REGULACIÓN DE LA EXPRESIÓN GÉNICA Sara Arias Blanco [NOMBRE DE LA COMPAÑÍA] | [DIRECCIÓN DE LA COMPAÑÍA] 1 1.
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Puntos de regulación La cromatina ha de estar descondensada La síntesis de RNA (en una bacteria solo hasta aquí) En eucariotas tenemos el procesamiento de RNA postranscripcional.
La degradación del RNA (en eucariotas está mucho más regulada) La traducción; en eucariotas es necesario. Podemos tener mRNA durmientes (por ejemplo el óvulo, están guardados unidos a proteínas, cuando hay fecundación se modifican estas proteínas y se comienza a producir el mRNA).
Transporte del núcleo al citoplasma.
Modificación postraduccional de proteínas. Una proteína tiene más de una función; por ejemplo pueden unir su mRNA.
Degradación de las proteínas.
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2 Mecanismos de regulación Control negativo: tengo una proteína que actúa de represor de la transcripción.
Control positivo: transcripción.
tengo una proteína activadora de la Consiste en la inhiición de la transcripción de los genes mediante la actuación de una proteína represora.
Un sistema puede ser además inducible CATABOLISMO (como el de la lactosa en bacterias, que activa la síntesis de las proteínas de su regulación cuando es necesario) o reprimible (están en marcha de manera normal, por ejemplo el operón de la síntesis de triptófano) ANABOLISMO.
Inducible: En el operador lac tenemos un represor unido al operón, cuando tenemos lactosa esta cambia la conformación de forma que se libera el represor para poder sintetizar las proteínas que la degraden.
2 Reprimible: En el caso del triptófano cuando se detecta mucho hay un cambio de conformación y entonces si que se activa el represor.
La regulación positvia consiste en la activación de la transcripción mediante una proteína activadora que potencia la interacción RNA polimerasa con el promotor.
Reprimible: El caso en el que tengo un sistema con un activador que está funcionando constantemente. La señal llega y se une al activador, reprimiendo el sistema.
En un sistema inducible tengo la señal con la que funciona el activador.
3 Elementos de regulación transcripcional :Son aquellos que se encuentran en la misma moleécula de DNA que regulan. Necesitamos el promotor, el operador (sistema típico de procariotas) y enhancer o potenciadores de la transcripción en eucariotas.
3 Represor se une al operador y el activador al promotor. En eucariotas operadores; tenemos los enhancer (secuencias típicas de la polimerasa II que activa genes que están relacionados con la regulación transcripcional, solo para mRNA).
La secuencia tiene que estar en la misma molécula. Es importante para unir algo. secuencias de DNA que puedo mover a otra molécula que codifican para una proteína. Por ejemplo los represores, los activadores y los factores de transcripción (activadores de transcripción para que pueda funcionar la polimerasa).
El gen no importa donde esté. Tiene información para proteína que se va a formar, independientemente de dónde esté su gen. 4 Regulación en procariotas Tenemos un operón (en eucariotas no hay, son los genes para los enzimas de una misma ruta metabólica), que permite una expresión coordinada.
En primer lugar tenemos el promotor, después el operador y después genes estructuras (dan lugar a mRNA que contiene la información para varias proteínas; son policistrónicos=poligénicos. El mRNA eucariota siempre es monocistrónico): 1.
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Gen regulador; es el que actúa en trans. Codifica para una proteína (represor o activador) que interacciona con el operador o promotor de la región de control para inhibir o estimula la transcripción.
Región de control (operador + promotor). El promotor es una secuencia de DNA que determina el sitio de inicio de la transcripción y une RNAP y activadores. El operador es una secuencia de DNA a la que se une una proteína reguladora para reprimir la transcripción de unos genes estructurales determinados.
Genes estructurales.
Posee niveles de regulación negativa y positiva. Codifica enzimas necesarios para la captación y asimilación de la lactosa. Después la beta galactosidasa y la galactosa permeasa son las que se encargan de degradarla. Una vez dentro se isomeriza la lactosa. Este isómero es el inductor del sistema, que se unirá al represor.
4.1.1 Regulación negativa de la transcripción del operón.Lac 4 Tenemos una molécula que se une al represor Lac IPTG (no la sabe cortar la beta galactosidasa) que está induciendo el sistema continuamente. Se usa en el laboratorio para inducir la expresión de genes de bacterias.
Los genes estructurales son: Lac Z (beta galactosidasa), Lac Y (proteína transportadora de lactosa) y Lac A (codifica para la transacetilasa).
Ilustración 1. Regulación negativa del operón Lac Mecanismo del operón Lac: un control negativo inducible. Porque el producto del gen regulador es un represor.
4.1.2 Regulación positiva del operón Lac Tenemos otro segundo sistema de regulación: no permitir una activación por catabolito.
A bajos niveles de glucosa, hay mucho cAMP. Este se une a CAP (un activador cuando está unido a CAMP, también se llama CRP). CAP se une en el promotor Lac y se activa, lo que estimula la transcripción.
Ilustración 2. Regulación positiva del operón Lac 4.1.3 Regulación positiva y negativa.
Si hay mucha glucosa, no tiene sentido usar lactosa (de la glucosa saco más ATP en la glucólisis). Nos quedamos sin cAMP, y el operón Lac aborta.
cAMP-CAP tiene poco efecto sobre el operón cuando el represor bloquea la transcripción. La disociación del represor apenar tiene efecto si el cAMP-CAP no está unido. Para inducir el operón: - Si hay mucha glucosa, no necesitaremos lactosa (de la glucosa saco más ATP en la glucólisis). La lactosa actuará como inductor para inactivar el represor Lac.
A baja concentración de glucosa, necesitaremos lactosa como sustituyente. Por lo que aumentarán los niveles de cAMP y se forme el complejo cAMP-CAP.
- Nivel basal: A veces puede ser que se disocie el opresor y puede haber una transcripción casual. Hay operones que no podrían funcionar sin nivel basal, porque permite la entrada de la lactosa por ejemplo. 5 El nivel basal no se lo puede permitir con operones de aminoácidos porque gasta mucha energía. Por lo que hay un sistema que anula el nivel basal.
La región líder tiene una secuencia atenuadora que corta el mensaje para detener el nivel basal si ya hay triptófano: es una regulación negativa reprimible. El triptófano es el represor del sistema (su presencia impide que haya más síntesis innecesaria de sí mismo).
4.2.1 Funcionamiento del atenuador El operón Trp del E.Coli tiene lso 5 genes para los enzimas necesarios para la síntesis de triptófano.
Está la mRNA polimerasa transcribiendo, se une un ribosoma que controla la transcripción. El ribosoma se coloca en la secuencia líder y se encuentra con dos codones triptófano (muy grande e hidrofóbico) seguidos. El ribosoma va traduciendo; si tengo bastante cantidad de triptófano o tRNA que tenga triptófano, el ribosoma sigue de tal manera que toca al 1 y al 2 (haciendo la traducción), la polimerasa acaba el 3 y después el 4. El 3 y el 4 se juntan y montan el atenuador (terminador de transcripción), salta y tenemos el RNA corto. Si tengo triptófano se forma un terminador para no gastar energía.
Cuando no tengo triptófano 2, se sintetiza antes que 3. Al no estar atascado cuando sale 4, este no se puede unir a 3, por lo que la polimerasa sigue transcribiendo y se forma RNA largo.
Ilustración 3. Regulación negativa (represor triptófano).
La bacteria ajusta su habilidad para creer en un sustrato determinado (lactosa) y para sintetizar un intermediario metabólico (triptófano).
El desencadenante de los ajustes es una molécula: - Inductor: molécula pequeña que causa la producción de enzimas que lo puedan metabolizar (catabolismo).
Correpresor: molécula pequeña que interfieren en la producción de los enzimas que las producen (anabolismo).
6 5 REGULACIÓN DE LA EXPRESIÓN EN PROCARIOTAS Tenemos diferenciación celular.
Primeramente necesitamos que la cromatina esté descompactada; muchas veces se dice que las histonas y nucleosomas son represores cuando compactan mucho.
No tenemos operones, el DNA es monocistrónico y la mayoría de mecanismos son positivos.
Cualquier RNA polimerasa en eucariotas necesita factores de transcripción; el nivel basal es la actividad que tienen los promotores en presencia de los factores de transcripción.
La transcripción y la traducción están separadas en espacio y tiempo; el DNA se compacta en forma de cromatina (heterocromatina, muy condensada y eucaromatina, la transcripcionalmente activa). La cromatina activa es más sensible a la degradación por endonucleasas. En muchas regiones no tenemos nucleosomas, como en los genes de rRNA, Ilustración 4. Hola te pongo esta foto pero no es para transcribir a una alta tasa. Esto ocurre también en promotores y relevante para nada.
enhancers que unen factores de transcripción. Podemos encontrar regiones con cromatina transcripcionalmente muy activa sin H1, que grapaba.
Se hacen modificaciones químicas en el DNA y estas se transmiten en generaciones, como por ejemplo con la diabetes.
La regulación epigenética de la transcripción está mediada por mecanismos de: - Metilación de DNA Modificación de histonas: una histona fosforilada unirá peor el DNA.
Posicionamiento de los nucleosomas a lo largo del DNA.
Los genes se pueden silenciar; se puede anular un mRNA que ha hecho.
Las RNA polimerasas eucariotas tienen poca afinidad, necesitan llevar unido un factor de transcripción (proteínas activadoras, que han de interactuar con otras proteínas y formar complejos). Efecto sinérgico; de nivel basal a 109 veces mayor.
Los complejos de factores de transcripción (me gustan las cosas nazis como matar gente por las mañanas cuando me tomo el café (nah es coña no too café).) y proteínas hey Jordi hola puede tener diferentes efectos dependiendo de cómo se combinen.
5.2.1 5.2.1.1 7 Regulación de un gen de mRNA Elementos de secuencia - Caja TATA (no confundir con -10 de la bacteria) que es el punto de situar la RNA polimerasa II donde se unirá la TATA binding protein.
Podemos tener otro tipo de promotor que son las secuencias upstream.
Los enhancers (solo RNA polimerasa II) para aquellos genes que tienen que ver con la diferenciación celular. En los enhancers de los promotores hay CpG conformación Z en el músculo, en cambio en los huesos no está metilado, hay conformación B.
5.2.1.2 - Elementos proteicos Mediador; proteína enorme, es el que contacta con todos los factores de transcripción.
Hay factores que son helicasas y que van abriendo el DNA. Cada uno de los factores de transcripción habrá sido activado por señalización celular.
5.2.2 Diferenciación celular La expresión eucariota puede ser regulada mediante moléculas señal.
Por ejemplo la regulación por hormonas: las hormonas esteroideas o esteroides (hidrofóbicas) se unen a un receptor nuclear. El receptor cuando se une a la hormona es suficientemente hidrofóbico como para entrar en el núcleo y entonces entra en el núcleo, se une a una secuencia de DNA y activa la transcripción.
5.2.2.1 Receptor típico de hormona esteroide La habilidad de una hormona para actuar con su receptor depende de la secuencia HRE (hormone response element), de la posición respecto al gen y del número de HRE asociadas al gen.
Cada uno de los dedos se va a insertar en uno de los surcos mayores de un DNA.
5.2.2.2 En el caso de otras hormonas 8 Como por ejemplo la insulina (peptídica) la adrenalina (no es péptido pero es soluble). Cuando llegan a la célula son reconocidas por un receptor y se dispara una cascada de señalización celular que finalmente lo que lleva es a la activación de factores de transcripción concretos.
Ilustración 5.
Regulación transcripción mediante hormonas 9 de la ...

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