Para la conclusión de la unidad numero 8 sera de mucha importancia ya que pudimos observar y entender lo elemental de cuales son los procesos mas útiles y necesarios para que se lleve a cabo la síntesis de proteínas a si como los niveles de la expresión genética en organismos procrioticos y eucarioticos, ademas que pudimos entender perfectamente como funcionan los modelos de operon lactosa y operon triptofano el cual de los 2 para mi punto de vista personal fue el mas confuso, los vimos a ambos en ausencia y presencia de lactosa y ademas de las diferencias que ocurren en los dos procesos y las rutas que se toman de acuerdo a la presencia de algunos factores.
martes, 29 de mayo de 2012
8.3 REGULACIÓN DE LA TRANSCRIPCIÓN EN ORGANISMOS EUCARIÓTICOS.
Señales que codifican la
Transcripción.
Los tipos de señales
que pueden alterar la transcripción de un gen puede ser de varios tipos:
**Señales hormonales: Que
interaccionan con un receptor de la membrana. En la mayoría de los casos, la
señal externa provoca la aparición del segundo mensajero intracelular. La
cascada de transducción de señal subsiguiente produce un regulador de
transcripción específico.
**Las señales
nutricionales e iónicas: Suelen darse en eucariotas
unicelulares solamente porque son los únicos a los que va a afectar el medio en
el que están creciendo. La excepción se encuentra en los hepatocitos (es el
regulador de la concentración sanguínea de muchos metabolitos) y las células en
cultivo.
**Contactos intercelulares: Especialmente
durante el desarrollo embrionario. La sinapsis también pertenece a este grupo.
En eucariotas, pueden
actuar como reguladores tanto moléculas de RNA como proteínas. Entre las
proteínas, las hay que forman parte de la holoenzima polimerasa que son los
factores de transcripción, otras intervienen en la remodelación de la cromatina
y un tercer grupo se une al DNA para regular la transcripción, que es el que
nos ocupa.
1.- Activadores
transcripcionales
Los activadores son
la proteínas que se van a unir a los elementos distales que son “SDE y
potenciadores” para activar la transcripción. Son específicos de unos pocos
promotores por lo que no estarán en todos los tipos celulares, reconocen
entre 6 y 14 pb en el promotor.
Suelen tener dos
dominios estructurales que su presencia las convierte en proteínas
modulares en las que el dominio de unión y el de activación pueden funcionar
independientemente
Ø Dominio
de unión a DNA: Que consta de 60 a 100 aminoácidos consecutivos.
Ø Dominio de activación de la transcripción: Que consta de 30 a 100 aminoácidos que no tienen por qué ser consecutivos.
Ø Dominio de activación de la transcripción: Que consta de 30 a 100 aminoácidos que no tienen por qué ser consecutivos.
2.- Coactivadores y correpresores
La acción de un activador de transcripción o de un
represor puede ejercersedirectamente sobre el complejo basal bien sobre la
RNA-polimerasa, alguno de los TFII o los TAFII, o a través de una molécula
intermediaria que puede ser un coactivador o un correpresor.
Se le llama coactivador si ayuda a activar la
transcripción. Un mismo coactivador puede recibir señales de distintos
activadores para transmitirlos hacia el complejo del promotor basal.
Y es correpresor si
ayuda a inactivar el promotor. Los correpresores pueden tener actividad
desacetilasa, con lo que hace que el DNA se una con más firmeza a los
nucleosomas, inactivando el promotor porque no puede ser reconocido por los
factores generales de transcripción.
3.- Transactivadores
3.- Transactivadores
Son aquellos que
directamente ejercen su acción interaccionando con el complejo de iniciación
formado en el promtor basal, bien sobre la propia polimerasa o, más
normalmente, sobre una de las TAF o de los TFII, para activar o reprimir
la transcripción, puesto que no son actividades exclulyentes.
3.- Transactivadores
La fuente de regulación más potente es al de los
elementos distales: Que son los potenciadores. Su función es la de amplificar
la transcripción del promtor incluso más de 1000 veces. Los
hay específicos del tejido que sólo activan la transcripción
de su gen en determinados tejidos, los hay específicos de la
etapa de desarrollo e inducibles por alguna señal
externa como hormonas, metales pesados, choque térmico, infección viral, etc.
Necesitan la mediación de un coactivador.
Potenciadores
La fuente de regulación
más potente es la de los elementos distales: Que son los potenciadores. Su
función es la de amplificar la transcripción del promtor incluso más de 1000
veces. Los hay específicos del tejido que sólo activan la
transcripción de su gen en determinados tejidos, específicos de la
etapa de desarrollo einducibles por alguna señal externa
como hormonas, metales pesados, choque térmico, infección viral, etc. Necesitan
la mediación de un coactivador.
Silenciamiento de
genes
La unión inespecífica de proteínas reguladoras es un problema importante en los organismos con genomas grandes. Para combatirla, los eucariotas han hecho que los genes tengan en torno a 5 dianas para proteínas reguladoras diferentes. Esta estrategia es útil para los activadores de la transcripción porque es una estrategia eficiente y ahorra esfuerzo. Una estrategia similar no es factible con los inhibidores de la transcripción, por lo que se da poca regulación por silenciamiento.
La unión inespecífica de proteínas reguladoras es un problema importante en los organismos con genomas grandes. Para combatirla, los eucariotas han hecho que los genes tengan en torno a 5 dianas para proteínas reguladoras diferentes. Esta estrategia es útil para los activadores de la transcripción porque es una estrategia eficiente y ahorra esfuerzo. Una estrategia similar no es factible con los inhibidores de la transcripción, por lo que se da poca regulación por silenciamiento.
8.4.2 OPERÓN DE TRIPTOFANO
El operón triptófano es un
sistema de tipo represible, ya que el aminoácido triptófano correpresor impide
la expresión de los genes necesarios para su propia síntesis cuando hay niveles
elevados de triptófano. Sin embargo, en ausencia de triptófano o a niveles muy
bajos se transcriben los genes del operón trp.
Los elementos del operón Triptofano son semejantes a
los del operón lactosa:
Genes estructurales:existen cinco genes
estructurales en el siguiente orden trpE-trpD-trpC-trpB-trpA.
Elementos de control:promotor (P) y operador
(O). El promotor y el operador están al lado de los genes estructurales y en el
siguiente orden: P O trpE-trpD-trpC-trpB-trpA. Curiosamente, las enzimas
codificadas por estos cinco genes estructurales actúan en la ruta metabólica de
síntesis del triptófano en el mismo orden en el que se encuentran los genes en
el cromosoma.
Gen regulador (trpR): codifica para la
proteína reguladora. Este gen se encuentra en otra región del cromosoma
bacteriano aunque no muy lejos del Operón.
Correpresor: triptófano
Jacob y Monod no sólo
estudiaron la estructura del Operón de la lactosa, sino también el Operón del
triptófano. El triptófano es un aminoácido que la bacteria necesita
constantemente en la síntesis de las proteínas necesarias para su
supervivencia. Jacob y Monod se dieron cuenta de que el Operón del triptófano
(el cual controla las enzimas encargadas de la síntesis del triptófano) trabaja
constantemente, a menos que exista suficiente triptófano en el medio.
En presencia de
triptófano, el triptófano se une a la proteína reguladora o represora cambiando
su conformación, de manera que ahora si puede unirse a la región operadora y
como consecuencia la ARN-polimerasa no puede unirse a la región promotora y no
se transcriben los genes estructurales del operón trp.
Por tanto, la
diferencia esencial entre el operón lac (inducible) y el operón trp
(represible), es que en este último el represor del triptófano solamente es
capaz de unirse al operador cuando previamente está unido al trp.
Bibliografía:
http://www.ucm.es/info/genetica/grupod/Operon/Operon.htm
8.2.1 OPERON DE LACTOSA (CONTROL POSITIVO)
Los científicos Francois Jacob,y Jacques Monod analizaron el
sistema de la lactosa en E. coli, de manera que los resultados de sus estudios
permitieron establecer el modelo genético del Operón que permite comprender
como tiene lugar la regulación de la expresión génica en bacterias.
En
1961 dos microbiólogos franceses, Francois Jacob y Jacques Monod, descubrieron
un mecanismo de regulación y control de síntesis de proteínas en bacterias al
que dieron el nombre de Operón. Notaron
que la bacteria Escherichia coli sintetizaba ciertas enzimas
de manera constante, mientras que otras se sintetizaban en el momento en que
eran requeridas. Es decir, si la bacteria era colocada en un medio que contenía
lactosa (azúcar de la leche), ésta empezaba a producir las enzimas que la
digieren en galactosa y glucosa; por el contrario, si el medio carecía de
lactosa, la bacteria no la producía pues era inútil su producción.
Definiendo
al operadon como un grupo de genes estructurales cuya expresión está
regulada por los mismos elementos de control (promotor y operador) y genes
reguladores
Los
principales elementos que constituyen un operón son los siguientes:
Jacob y Monod
descubrieron que los genes estructurales del Operón de la lactosaz, y y a, estaban
alineados en el cromosoma, mientras que un cuarto gene se localizaba a cierta
distancia, al que llamaron gene regulador. De estos cuatro genes, los tres
estructurales se transcriben al mismo tiempo en ARN, mientras que el cuarto gene, el represor, transcribe un ARN mensajero que codifica para una proteína represora que se une a otra
región muy especial de ADN presente en el Operón de la lactosa.
Esta región es la del operador. Si la enzima que sintetiza el gene regulador se
pega al operador, inhibe su acción y podemos decir que el sistema está apagado.
Si, por el contrario, esta enzima represora se pega con el azúcar de la lactosa
presente en el medio, se despegará del operador y será entonces cuando empiecen
a funcionar los genes estructurales, sintetizando las enzimas que desdoblan
eficientemente a la lactosa. Este sistema del Operón de la lactosa que regula
la producción de enzimas se autorregula en el momento que las enzimas
producidas por los genes estructurales han digerido a la lactosa en galactosa y
glucosa, lo que disminuye la concentración de lactosa; y por lo tanto, la
molécula represora, al no encontrar lactosas libres para pegarse, se vuelve a
unir al operador, apagándolo. Este sistema, como vemos, es negativo y el
inductor, el elemento que provoca la reacción en cadena es, en este caso, la
lactosa.
El Operon Lactosa
Es un operón requerido para el transporte
y metabolismo de la lactosa en la bacteria Escherichia coli, así
como en algunas otras bacterias entéricas. Presenta tres genes
estructurales adyacentes, un promotor, un terminador y
un operador.
|
Elementos del
operón lactosa
|
v El
gen z+:
Codifica para la -galactosidasa que cataliza la
hidrolisis de la lactosa en glucosa más galactosa.
v El
gen y+:
Codifica para la galactósido permeasa que
transporta-galactósidos al interior de la célula bacteriana.
v El
gen a+:
Codifica para la tiogalactósido transacetilasa que cataliza la transferencia
del grupo acetil del acetil Coenzima A al 6-OH de un aceptor tiogalatósido.
Este gen no está relacionado con el metabolismo de la lactosa.
Operón lactosa en
ausencia de lactosa
|
Operón Lactosa
en presencia de Lactosa
En presencia del inductor la lactosa, se une a la proteína reguladora que cambia su conformación y se suelta de la región
operadora dejando acceso libre a la ARN-polimerasa para que se una a la región
promotora y se transcriban los genes estructurales. Por consiguiente, la
presencia del inductor hace que se expresen los genes estructurales del operón,
necesarios para metabolizar la lactosa.
Es conveniente recordar que los tres genes estructurales del operón
lactosa se transcriben juntos en un mismo ARNm, es decir que los ARN mensajeros
de bacterias suelen ser policistrónicos, poligénicos o multigénicos. Sin
embargo, en eucariontes los mensajreos suelen sen monocistrónicos o
monogénicos, es decir, corresponden a la transcripción de un solo gen
estructural.
 |
8.2 REGULACIÓN DE LA TRANSCRIPCIÓN EN ORGANISMOS PROCARIÓTICOS.
Cambios en la estructura del DNA
En las bacterias, a pesar de ser
organismos unicelulares, también es necesaria regular la expresión de los genes
adaptándola a las necesidades ambientales. Es un principio de economía celular
el que la expresión de los genes esta regulada según las circunstancias
celulares. Un buen ejemplo de esta situación en bacterias es la regulación de
las enzimas implicadas en el metabolismo de los azúcares. Las bacterias pueden
emplear para obtener energía distintas fuentes de carbono, como la glucosa,
lactosa, galactosa, maltosa, ramnosa y xilosa. Existen enzimas capaces de
introducir cada uno de estos azúcares en la bacteria y enzimas capaces de
romperlos para obtener energía. Lógicamente, sería un despilfarro energético
producir simultáneamente todos los enzimas necesarios para metabolizar los
diferentes azúcares mencionados. Por consiguiente, sería mucho más económico
para la célula producir solamente las enzimas necesarias en cada momento, es decir,
si en el medio en el que vive la bacteria la principal fuente de carbono es la
lactosa, solamente se expresarían los genes necesarios para metabolizar la
lactosa, mientras que los otros genes no se expresarían. Por tanto, es esencial
que exista un mecanismo de regulación de la expresión génica, de manera que los
genes se expresen cuando sea necesario.
Metilación
La metilación provoca
un cambio de estructura en el apareamiento entre las bases nitrogenadas que
puede alterar su reconocimiento por algunas proteínas. El más conocido es el de
la metilasa dam que reconoce la secuencia GATC y metila la A.
La mayor parte de los
genes cuya exprexión se ve reprimida por la metilación son genes cuya expresión
sólo se necesita durante la replicación (único momento en el que una cadena del
DNA está transitoriamente hemimetilado), permaneciendo reprimidos el resto del
ciclo celular.
Superenrollamiento
Para mantener una
situación homeostática en la célula en relación al número de
superenrollamientos es necesario mantener con una regulación contraria los
genes “topa” que codifica la topoisomerasa I y “gyrA” y “gyrB” que determinan
las dos subunidades de la DNA-topoisomerasa II. No se conoce el mecanismo
molecular que controla esta regulación. Sí se sabe que mutantes en las topoisomerasas
disminuyen la tasa general de transcripción.
Cambios en la interacción entre el DNA y la
RNA-polimerasa
Lo provocan aquellos
cambios que, sin alterar ni la estructura del DNA ni la de la RNA-polimerasa,
sí que afectan la interacción entre ambas. Es necesaria la comparecencia de una
tercera molécula, habitualmente una proteína aunque a veces puede ser RNA.
Son tres mecanismos
los que pueden alterar esta interacción:
+ Modificación de la interacción
entre RNA polimerasa y el promotor debido a la existencia de una proteína reguladora y un
efector.
+ Secuencias reguladoras a
distancia
+ Modificación
de la terminación: Antiterminación
Bibliografía:
http://biomoleculi.galeon.com/tres.htm
8.1 NIVELES DE REGULACIÓN DE LA EXPRESIÓN GENÉTICA.
En las bacterias, a pesar de ser organismos unicelulares,
también es necesario regular la expresión de los genes adaptándola a las
necesidades ambientales. Existen enzimas capaces de introducir cada uno de
estos azúcares en la bacteria y enzimas capaces de romperlos para
obtener energía.
Lógicamente, sería un despilfarro
energético producir simultáneamente todos los enzimas necesarios para
metabolizar los diferentes azúcares mencionados. Por consiguiente, sería mucho
más económico para la célula producir solamente las enzimas necesarias en cada
momento, es decir, si en el medio en el que vive la bacteria la principal
fuente de carbono es la lactosa, solamente se expresarían los genes necesarios
para metabolizar la lactosa, mientras que los otros genes no se expresarían.
Por tanto, es esencial que exista un mecanismo de regulación de la expresión
génica, de manera que los genes se expresen cuando sea necesario.
Por eso, la complejidad de los organismos emerge de una regulación de
la expresión génica cada vez más elaborada y no de cambios o mutaciones en
los genes estructurales o enzimáticos: la secuencia de las proteínas se
conserva mucho a través de distintas especies, sin cambios importantes mientras
que los cambios en el orden de los elementos del promotor o de sus elementos
reguladores provocan alteraciones drásticas.
En cambio, la estrategia
eucariota ha de ser distinta puesto que en los organismos
pluricelulares donde el medio intercelular es relativamente constante, el
control génico está al servicio de la especialización celular. Así, nos
encontramos con genes que no responden a cambios fisiológicos y otros que
sufren un fuerte control como consecuencia del desarrollo, de la organización
de células en tejidos, y de los tejidos en organismos completos.
Así, los mamíferos son muy diferentes, pero sus ORF son parecidas; en
cambio, la divergencia de secuencia en las ranas es muy alta a pesar de que
forman un grupo bastante homogéneo.
Las diferentes posibilidades
de regulación de la expresión génica en organismos eucariotas son:
La genómica indica:
·
El número de genes no varía mucho entre las especies: los vertebrados
tienen como mucho el doble de genes que los invertebrados;
·
El número de genes no sirve para explicar la diversidad evolutiva por
mutación o duplicación génica;
·
La variabilidad de los genes se debe a la duplicación de genes en vez de la
creación de genes nuevos.
·
La complejidad evolutiva se correlaciona con el aumento de genes
reguladores: en las levaduras hay un gen regulador por cada 20 funcionales,
pero en humanos hay más de 3 000 reguladores para unos 30 000 genes
1._Nivel de cromatina.
La cromatina está
constituida por el DNA enrollado alrededor de una serie de nucleosomas,
empaquetada más relajada en las regiones que contienen genes activos. Además de
los cambios generales que ocurren en las regiones activas o potencialmente
activas, ocurren cambios estructurales en sitios específicos asociados con la
iniciación de la transcripción o con determinadas características estructurales
del DNA. Estos cambios se detectaron por primera vez gracias a los efectos de
la digestión con concentraciones muy débiles de la enzima DNAsa I.
Muchos de los sitios
hipersensibles están relacionados con la expresión génica. Cada gen activo
tiene su sitio en la región del promotor y a veces más de un sitio. La mayoría
de los sitios hipersensibles se encuentran solamente en la cromatina de las células
en las cuales se está expresando el gen asociado; no se encuentran cuando
el gen está inactivo. Se asume que un sitio hipersensible es el resultado de la
unión de proteínas reguladoras específicas que excluyen los nucleosomas. Los
factores de transcripción pueden generar sitios hipersensibles asociados a la
transcripción.
2._Nivel
transcripcional.
La transcripción de un
gen en estado activo está controlada en la iniciación por la
interacción de la RNA polimerasa con su promotor. En la mayoría de los genes,
éste es el punto de control más importante.
Probablemente sea el
nivel más común de regulación. Hasta el momento no existen evidencias de
control en otras etapas de la transcripción en las células eucariotas, como por
ejemplo, mediante mecanismos de antiterminación. La regulación de la
transcripción de un gen específico de tejido es la base de la diferenciación
eucariota, como por ejemplo, las proteínas que regulan el desarrollo
embrionario que no son más que factores de transcripción.
3._Nivel
postranscripcional.
A nivel
postranscripcional, la regulación de la expresión de los genes eucariotas se
subdivide en:
Splicing diferencial.
Diferentes sitios de poliadenilación.
Estabilidad de los mRNA.
Almacenamiento de los mRNA.
Existen varias formas
alternas de splicing mediante las cuales, a partir de un mismo gen, se obtiene
una variedad de productos proteicos. Un sitio de splicing puede permanecer
constante y el otro variar.
4._Nivel traduccional.
Este nivel de regulación
es el menos conocido de todos. Parece ser que los mecanismos que lo rigen
juegan un papel importante en el almacenamiento recién estudiado, ya que la
traducción depende de la liberación de los mRNAs, aún cuando el almacenamiento
sea breve. Tampoco todos los mRNAs que llegan al citoplasma se traducen en
proteínas.
A veces se
encuentran mRNAs que dirigen la síntesis proteica in vitro, aunque sus
proteínas correspondientes no se sintetizan en las células de las cuales se
obtuvo el mRNA. La posibilidad de que un mRNA sea traducido en auténticas
proteínas in vitro, demuestra que éste es capaz de funcionar como molde. De
esta manera, su incapacidad de ser traducido in vivo puede tomarse como
evidencia del control traduccional. Debe haber algunos mecanismos in vivo que
eviten la traducción.
5.-Nivel
postraduccional.
Las proteínas recién
sintetizadas pueden sufrir modificaciones postraduccionales que son, a su vez,
una manera de controlar la expresión de los genes en eucariontes. Esta
regulación puede ser cuantitativa o cualitativa.
Se trata de
glicosilaciones, fosforilaciones, acetilaciones, ribosilaciones, etc. Se puede
dar el caso de poliproteínas que sufren cortes, mecanismo que es común en la
síntesis de hormonas peptídicas como la insulina. La insulina está formada por
dos cadenas polipeptídicas. Primeramente se sintetiza una cadena de 86 aminoácidos
que es la preproinsulina. Se elimina el péptido señal y queda la proinsulina
con 62 aminoácidos. Sucede un plegamiento tridimensional de la proinsulina que
está estabilizado por enlaces disulfuros. A continuación se eliminan 31
aminoácidos por cortes internos dando la insulina activa.
Otra vía de control es
la activación de enzimas por cortes proteolíticos. La forma precursora de
muchas enzimas es inactiva. Se activan después de ser cortadas en puntos
específicos como por ejemplo la quimotripsina. La unión de grupos prostéticos a
glicoproteínas y lipoproteínas es otra forma de regulación de la expresión de
los genes en eucariontes a nivel postraduccional.
Bibliografía:
http://med.unne.edu.ar/catedras/bioquimica/expresion.htm
INTRODUCCION, OBJETIVOS Y METODOLOGIA
INTRODUCCIÓN:
La transferencia de
genes es común entre las bacterias, incluso entre aquellas que son
distantes. Este proceso es el principal mecanismo de expansión de los genes de resistencia
a antibióticos. Cuando una célula bacteriana consigue esta resistencia, puede transferir
rápidamente estos genes a otras especies. Bacterias entéricas intercambian
material genético a través del aparato digestivo en el que viven.
Existen varios mecanismos comunes de transferencia de genes los cuales
conoceremos a lo largo de esta unidad.
En la unidad numero 9
llamada “TRANSFERENCIA DEL MATERIAL GENÉTICO” primordialmente repasaremos
algunas generalidades básicas de las bacterias, como sus características,
morfología, estructura, entre otras cosas, partiendo de ahí veremos principalmente
los mecanismos de reproducción en bacterias, entre ellos los mecanismos de
transferencia natural, en los que se encuentran: La transformación,
conjugación, transducción, recombinación y transfección, así como también
veremos los mecanismos de transferencia artificial, que son Físicos y Químicos,
en los químicos se encuentran: Las técnicas como la microinyección con una fina
aguja de cristal y la electroporación que es una exposición de las células aun
choque eléctrico y en los mecanismos químicos se encuentran: El Método del
fosfato cálcico, Método del DEAE dextrano, Método DNA desnudo, Método Péptidos
fusiogénicos, Método de Liposomas
OBJETIVO:
Entender las bases moleculares del
intercambio del material genético entre los diferentes seres vivos para su
posterior aplicación.
METODOLOGÍA:
La metodología que utilizare en mi portafolio de evidencias de trabajo, así como mis tareas, resumen de las clases, e investigaciones serán conforme a los días de clases.
2_Curtis, Barnes, Schnek, Massarini. Curtis Biología. 7ª
edición, ed. Panamericana, impreso en México, 2007.
TEMARIO, UNIDAD 8
TEMARIO
|
UNIDAD
|
TEMAS
|
SUBTEMAS
|
|
8
|
Regulación de la expresión genética
|
8.1 Niveles de regulación de la expresión genética.
8.2 Regulación de la transcripción en organismos
procarióticos.
8.4.1 Operon de Lactosa (Control positivo).
8.4.2 Operon de Triptófano (control negativo).
8.3 Regulación de la transcripción en organismos
eucarióticos.
|
PORTADA UNIDAD 8
SEP SNEST DGEST
INSTITUTO
TECNOLOGICO DE CD ALTAMIRANO
PRESENTA:
ORROSQUIETA
VAZQUEZ GABINO
UNIDAD “8”
“REGULACIÓN
DE LA EXPRESIÓN GENÉTICA”
No DE CONTROL:
09930050
CARRERA:
LIC. EN BIOLOGIA
VI SEMESTRE
CIUDAD
ALTAMIRANO GRO. MÉXICO A 29 DE MAYO DEL 2011
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