Tema 5 (2016)

Apunte Catalán
Universidad Universidad de Barcelona (UB)
Grado Farmacia - 2º curso
Asignatura Biologia Molecular i Genòmica
Año del apunte 2016
Páginas 5
Fecha de subida 29/09/2017
Descargas 0
Subido por

Vista previa del texto

TEMA 5. CONTROL DE LA TRANSCRIPCIÓ EN PROCARIOTES  Remember Procariotes: són organismes unicel·lulars, són molt sensibles a l’entorn, es divideixen en minuts, s’adapten constantment a l’entorn per evolucionar i créixer i adapten els nutrients al seu metabolisme per obtenir energia i metabòlits (catabolisme), el DNA es troba al citoplasma, la transcripció i traducció es donen simultàniament i no tenen introns, per tant, no es modifica el RNA, tenen una regulació diferent a la dels eucariotes. El cromosoma bacterià és transcrit constantment, per tant, generalment s’utilitzen mecanismes de repressió per aturar la transcripció.
Eucariotes: són organismes pluricel·lulars, poc sensibilitzats a l’entorn i s’adapten lentament mitjançant hormones. El DNA es troba al nucli molt compactat en forma de cromatina, és una estructura inaccessible per a les estructures que s’encarreguen de la transcripció, per tant, el DNA no està constantment transcrit ja que l’hem de fer accessible, tenen una regulació molt diferent.
Els gens que s’expressen sempre (expressió constitutiva) són els que s’encarreguen de les funcions més bàsiques, els que no sempre s’expressen reben el nom de gens regulats. Perquè un gen s’expressi cal que el promotor sigui reconegut per la subunitat σ de la RNA-polimerasa.
 Estructura d’un operó L’operó és una molècula que conté una sèrie de gens estructurals que comparteixen un promotor comú, per tant, es transcriuen alhora i participen en la mateixa funció. El RNAm que s’obté tindrà informació de tots els gens = seqüències codificants per a tots els gens anomenades seqüències polisintròniques. Necessitem un gen capaç de regular la transcripció de l’operó de manera negativa, és a dir, un gen repressor que tingui el seu propi promotor. Tenim una altra estructura anomenada operador que serà el punt clau en la regulació de l’expressió de l’operó.
La proteïna repressora s’ha d’unir a l’operador de manera que impedeixi que la RNA-polimerasa avanci i s’aturi la transcripció, serà el lloc de reconeixement per a aquesta proteïna. La via catabòlica estarà activa si el substrat de la via està disponible (glucosa), i quan no hi hagi substrat la transcripció serà reprimida.
La proteïna repressora ha de rebre un senyal per saber si el substrat està disponible o no, per tant, serà una proteïna de tipus al·lostèric. Si hi ha glucosa s’unirà a la proteïna que patirà un canvi de conformació i no es podrà unir a l’operador, per tant, es donarà la transcripció dels gens que catabolitzen la glucosa.
El metabolisme té dues vies, el catabolisme on alts nivells de substrat (glucosa) provoquen la inducció de la transcripció i l’anabolisme on alts nivells de producte (glicogen) provoquen la repressió de la transcripció (no es necessita més glucosa).
Un efector orgànic més la proteïna repressora dóna lloc al canvi de conformació d’aquesta. En el catabolisme, com hi ha nivells alts de l’efector orgànic la proteïna es troba unida a l’efector i estarà inactiva, per tant, tindrà lloc la transcripció. A l’anabolisme, com no hi ha més efector la proteïna es troba unida a l’operador en la seva forma activa i aturarà la transcripció.
 Metabolisme de la lactosa a E. Coli L’operó lactosa a més de tenir els punts de control del promotor i l’operador, té les seqüències codificants per l’enzim β-galactosidasa, galactòsid permeasa i la transcetilasa. El primer permet utilitzar la lactosa com a font d’energia pels bacteris hidrolitzant-la en 2 monosacàrids, el segon ajuda a que entri a les cèl·lules i el tercer s’encarrega d’eliminar substàncies tòxiques. A mesura que la β-galactosidasa es transcrigui també anirà escindint el substrat (lactosa).
 Inducció de la β-galactosidasa Si no hi ha lactosa, tampoc es donarà la transcripció i no hi haurà β-galactosidasa.
L’operó lactosa es troba reprimit si no hi ha substrat gràcies a una proteïna repressora que estarà unida a l’operador. Quan afegim lactosa es dóna a la proteïna repressora un canvi de conformació i s’unirà al substrat o a un anàleg d’aquest (al·lolactosa o IPTG), d’aquesta manera la proteïna deixarà lliure l’operador i es transcriuran els gens de l’operó.
Quan tornem a eliminar el substrat, es tornarà a produir un canvi de conformació a al proteïna i s’unirà a l’operador aturant així la transcripció.
 Detecció colorimètrica de l’activitat β-galactosidasa (PRÀCTIQUES) En aquest cas tenim un compost anàleg de la lactosa que és incolor, X-Gal, si és present l’enzim β-galactosidasa escindirà la ribosa de la X-Gal mitjançant aigua i després es donaran una dimerització i oxidació espontànies obtenint un compost de color blau. Si l’activitat β-galactosidasa no és present perquè no s’ha donat la transcripció del gen, obtindrem un compost que serà incolor o de color blanc. D’aquesta manera podem saber si la transcripció de l’operó lactosa ha tingut lloc o no.
 Inducció de l’operó lac Tenim el promotor, l’operador i els gens z, y i a. En una situació amb presència de lactosa (B) la proteïna repressora està unida a l’operador, per tant, no es dona la transcripció de cap gen.
En canvi, si hi ha lactosa (A) o un anàleg com l’al·lolactosa la proteïna repressora s’hi unirà patint un canvi de conformació i deixant lliure la regió de l’operador, així es donarà la transcripció dels tres gens z (β-galactosidasa), y (permeasa) i a (transcetilasa). Es tracta d’un RNAm polisistrònic ja que obtenim 3 gens diferents.
 Repressió catabòlica: proteïna activadora per catabòlits (CAP) La repressió catabòlica és un mecanisme de control positiu que assegura la utilització preferent de la glucosa sobre altres substrats quan estigui disponible, ja que és la font d’energia preferida dels bacteris, es necessita un mecanisme que informi quins són els nivells de glucosa disponible en tot moment.
Recordem del metabolisme que quan la concentració de glucosa és elevada els nivell d’AMPc són baixos i a l’inrevés, per tant, aquest AMPc serà el sensor del nivell de glucosa. La proteïna CAP és una proteïna al·lostèrica que s’activarà quan els nivells d’AMPc siguin alts perquè s’hi unirà i patirà un canvi de conformació, en canvi, estarà inactiva quan no hi hagi AMPc (nivells de glucosa elevats).
Aquest canvi de conformació degut a la unió de la proteïna CAP a AMPc permetrà que la proteïna s’uneixi al DNA just per sobre del promotor i que s’activi la transcripció de l’operó lac. La proteïna CAP intenta accelerar l’activitat de la RNA-polimerasa que es troba just davant d’aquesta, en absència de la proteïna l’operó lac s’expressarà en nivells baixos.
La màxima expressió de l’operó, per tant, es donarà quan la proteïna CAP i la RNA-polimerasa estiguin unides al DNA.
Nivells alts de glucosa: la proteïna repressora està unida a l’operador, per tant, l’operó lactosa no es pot transcriure.
Afegir una mica de lactosa: seguim tenint glucosa, per tant, els nivells d’AMPc encara seran baixos per activa la proteïna CAP però si que hi ha el substrat per l’operó lac, tindrem una situació d’equilibri tot i que la glucosa té més preferència.
Nivells baixos de glucosa: hi haurà disponibilitat de lactosa i d’AMPc que s’unirà a la proteïna CAP i aquesta al DNA cosa que afavorirà la transcripció de l’operó lac.
Tenim un control negatiu exercit per la proteïna repressora, ja que la seva unió a l’operó inactiva la transcripció, i un control positiu exercit per la proteïna CAP perquè la seva unió a l’operó afavoreix la transcripció. Recordem que aquest és el cas d’un operó catabòlic.
En el cas d’un operó anabòlic com el trp, l’objectiu de la transcripció dels gens és sintetitzar producte (no escindir substrat com en el cas dels catabòlics). La síntesi de trp es donarà quan la regió de l’operador estigui lliure i com a resultat de la transcripció els nivells de trp aniran augmentant. Quan ja no es necessiti més trp o hi hagi un excés, aquests nivells elevats seran la senyal que indiqui l’inici de la fase de repressió de la transcripció: la proteïna repressora s’unirà al producte trp i patirà un canvi de conformació li permetrà també unir-se a la regió de l’operador aturant d’aquesta manera la transcripció.
En aquest cas també es tracta d’un control negatiu exercit per la proteïna repressora perquè la seva unió a l’operador implica l’aturada de la transcripció, la diferència respecte els operons catabòlics és que en aquesta situació la forma activa de la proteïna repressora es dóna quan està unida a l’efector o producte (trp).
 Regió líder del RNAm per l’operó trp En alguns operons, sobretot de tipus anabòlic que s’encarreguen de la síntesi d’aminoàcids, es dóna un mecanisme d’atenuació que consisteix en un mecanisme de control transcripcional i traduccional comú ja que aquests dos processos es donen alhora. En aquest tipus d’operons entre la regió de l’operador i la primera seqüència codificant trobem la seqüència que permetrà aquest mecanisme anomenada regió líder.
Quan aquest operó es transcrigui obtindrem un RNAm líder que consta de dues regions, una seqüència líder que donarà lloc a un pèptid líder de 14 aminoàcids quan es tradueixi i una seqüència atenuadora que pot tenir dues estructures possibles després de la transcripció: una amb una senyal de terminació i l’altre sense aquesta senyal.
Una característica d’aquest pèptid líder és que conté 2 trp seguits quan es tracta de l’operó de síntesi de trp.
 Atenuació de l’operó trp: reducció de la síntesi de RNAm Situació A: tenim nivells de trp elevats, la seqüència atenuant adoptarà l’estructura en la que té una senyal de terminació perquè ja no interessa sintetitzar més trp, és a dir, no volem que es transcriguin els gens estructurals i per ell sol el RNAm no s’aturarà ja que tenim molts RNAt que transporten trp.
Al tenir nivells tan alts de trp, la proteïna repressora també s’unirà al producte i a la regió de l’operador, serà un altre mecanisme per aturar la transcripció.
Situació B: tenim nivells baixos de trp, per tant, l’operó es pot transcriure ja que la proteïna repressora no es troba en la seva forma activa unida a l’operador. La RNA-polimerasa va transcrivint i alhora es va traduint la seqüència líder fins que arribem a la zona on es troben els dos codons seguits per trp perquè hi ha nivells molt baixos, cal esperar a que el RNAt transporti aquest trp quan hi hagi disponibilitat.
El ribosoma es troba aturat esperant a que arribin els dos aminoàcids, en aquest cas la seqüència atenuadora adopta l’estructura que no té senyal de terminació perquè l’objectiu final és traduir els gens estructurals per sintetitzar trp.
 Seqüències de diferents RNAm i pèptids líder en operons anabòlics Com ja sabem, aquest mecanisme d’atenuació es troba a molts operons que tenen gens estructurals de síntesi d’aminoàcids i a la seqüència líder d’on obtindrem el pèptid líder trobem els codons que codificaran per l’aminoàcid que s’hagi de sintetitzar, sent aquest el senyal que influeix en el funcionament del mecanisme. És la presència d’un excés de l’aminoàcid corresponent a la seqüència del pèptid líder el que causa l’atenuació.
 Motiu hèlix-gir-hèlix a proteïnes procariotes d’unió al DNA Les proteïnes que hem estudiat que s’uneixen al DNA procariota són la lac repressora, la trp repressora i la CAP. Les 3 comparteixen a l’estructura un tret comú que permet aquesta unió al DNA i és aquest motiu o aquesta regió d’hèlix α – gir β – hèlix α.
 Sumari a) Als procariotes molts gens estan agrupats en operons, que són unitats coordinades d’expressió gènica.
b) Un operó està format per llocs de control (un operador i un promotor) i un conjunt de gens estructurals. Els gens reguladors codifiquen per a proteïnes que interaccionen amb els operadors i amb els promotors per estimular o inhibir la transcripció.
c) Algunes proteïnes activen la transcripció per interacció directa amb la RNA-polimerasa.
Els complex AMPc-CAP s’uneix a un lloc específic del promotor d’un operó catabòlic i augmenta el grau d’unió de la RNA-polimerasa, incrementant així la transcripció.
d) Molts operons per a la biosíntesi d’aminoàcids es regulen per atenuació, un procés que depèn de la formació d’estructures alternatives al RNAm, una de les quals afavoreix la terminació de la transcripció.
...

Comprar Previsualizar