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TEMA 4 REGULACIÓN DE LA EXPRESIÓN GÉNICA EN PROCARIOTAS
Necesidad de regular la expresión génica
Control positivo y negativo. Sistemasenzimáticos inducibles y represibles
El operón lac de E. coli➢ Elementos que lo componen➢ Funcionamiento del sistema
ALFREDO DE BUSTOS RODRÍGUEZ
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TEMA 4 REGULACIÓN DE LA EXPRESIÓN GÉNICA EN PROCARIOTAS
Necesidad de regular la expresión génica
Control positivo y negativo. Sistemas enzimáticosinducibles y represibles
El operón lac de E. coli➢ Elementos que lo componen➢ Funcionamiento del sistema
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Proceso de expresiónde la informacióngenética codificada enel ADN a través delARNm para dar lugara una proteína.
Gen
ADN
Cadena molde de ADN
Transcripción
ARNm
Tripletes
Traducción en los ribosomas
Proteína
Aminoácidos
Expresión
génica
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Bacteria
ADN
Lactosa
Lactosa
Expresión génica
Enzimas Lactosa
Sacarosa
Sacarosa
Enzimas Sacarosa
Medio Externo
Citoplasma
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Genes y elementos reguladores
➢ Gen: cualquier secuencia de ADN que se transcriba a una molécula deARN.
➢ Genes estructurales: codifican proteínas que se emplean en elmetabolismo o en la biosíntesis, o que desempeñan un papel estructural enlas células.
➢ Genes reguladores: cuyos productos, ya sea ARN o proteínas,interactúan con otras secuencias y afectan su transcripción o traducción.
➢ Elementos reguladores: secuencias de ADN que no se transcriben peroque tienen un papel muy importante durante la regulación de la expresión.
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TEMA 4 REGULACIÓN DE LA EXPRESIÓN GÉNICA EN PROCARIOTAS
Necesidad de regular la expresión génica
Control positivo y negativo. Sistemasenzimáticos inducibles y represibles
El operón lac de E. coli➢ Elementos que lo componen➢ Funcionamiento del sistema
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La transcripción esel principal puntode regulación de laexpresión génica.
Gen
ADN
Cadena molde de ADN
Transcripción
ARNm
Tripletes
Traducción en los ribosomas
Proteína
Aminoácidos
Expresión
génica
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(a) Componentes de la transcripción
ARN polimerasa
Gen
ADN
(b) Unión al molde e inicio de la transcripción
Inserción de
ribonucleótido
(c) Elongación de la cadena
Disociación de σ
Transcrito de ARN
Transcripción en procariotas
Subunidad
sigma (σ)
Cadena
acompañante
Cadena
moldePrimer
nucleótido
Cadena
acompañante
Cadena
molde
ARN naciente
inicio de la transcripción
Cadena
acompañante
Cadena
molde
Cadena de
ARN
Ribonucleótidos
trifosfato (rNTP)
Ribonucleótidos
trifosfato (rNTP)
Heteroduplex
Punto de inicio de
la transcripción
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Un operón es un sistema de expresión coordinada de varios genesestructurales que actúan en una misma ruta metabólica.
Transcripción
Traducción
ARN polimerasa
Gen aPromotor Operador Gen cGen b
Operón
Genes estructurales
ARNm
Proteínas (enzimas)
Ruta metabólica
Precursor X Productos intermedios Producto Y
Regulación de la expresión
en procariotas
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Un gen regulador puede participar controlando la transcripción deloperón.
Promotor Gen regulador
Transcripción Transcripción
Traducción Traducción
Proteína reguladora
ARNm
ARN polimerasa
Gen aPromotor Operador Gen cGen b
Operón
Genes estructurales
ARNm
Proteínas (enzimas)
Ruta metabólica
Precursor X Productos intermedios
Producto Y
Elemento regulador
“Elemento en trans”
“Elementos en cis”ARN
polimerasa
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Control positivo de la transcripción por parte de la proteínareguladora.
En presencia de la proteína reguladora
ARNm
Proteína reguladora (activador)
En ausencia de la proteína reguladora
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Control negativo de la transcripción por parte de la proteínareguladora.
En ausencia de la proteína reguladora
ARNm
En presencia de la proteína reguladora
Proteína reguladora (represor)
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Promotor PromotorRegulador Operador
Operador
Gen d Gen e Gen f
ARN polimerasa
ARN polimerasa
Proteína reguladora
activa
Proteína reguladora
activa
Proteína reguladora
inactiva
Transcripción y traducción
Transcripción y traducción
Transcripción y traducción
No hay transcripción
Genes estructuralesSin sustrato
Con sustrato
Sistema inducible negativo
El precursor actúa como
inductor
Ruta bioquímica
Sustrato Precursor
Productos intermediarios
Producto final
Esquema de un sistema inducible negativo.
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Sin sustrato
Con sustrato
Sistema reprimible negativo
Promotor Regulador
Transcripción y traducción
Transcripción y traducción
Transcripción y traducción
ARN polimerasa
ARN polimerasa
Genes estructurales
Promotor Operador Gen g Gen h Gen i
Ruta bioquímica
PrecursorProductos
intermediariosProducto final (correpresor)
Proteína reguladora inactiva (represor)
Proteína reguladora inactiva ( represor)
Proteína reguladora activa (represor)
Proteína reguladora inactiva (represor)
No hay transcripción
La ARN polimerasa no se puede unir al promotorCorrepresor
Esquema de un sistema reprimible negativo.
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Sistema inducible positivo
Sin sustrato
Con sustrato
Transcripción
y traducción
Transcripción
y traducción
Transcripción
y traducción
No hay transcripción
Promotor PromotorRegulador Operador
Genes estructurales
Proteína reguladora inactiva
Gen j Gen lGen k
Proteína reguladora inactiva
ARN polimerasa
Proteína reguladora inactiva
Proteína reguladora
activa
El precursor actúa como
inductor
Ruta bioquímica
ARN polimerasa
Precursor Productos intermediarios
Producto final
J K L
Esquema de un sistema inducible positivo.
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Sistema reprimible positivo
Sin sustrato
Con sustrato
Transcripción y traducción
Transcripción
y traducción
Transcripción y traducción
No hay transcripción
ARN polimerasa
ARN polimerasa
OperadorRegulador
Genes estructurales
Promotor Promotor Gen m Gen n Gen ñ
M N Ñ
Proteína reguladora activa
Proteína reguladora activa
Proteína reguladora inactiva
El producto final se une a la proteína reguladora
Proteína reguladora inactiva
Ruta bioquímica
Precursor Productos intermediarios
Producto final
Esquema de un sistema reprimible positivo
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Necesidad de regular la expresión génica
Control positivo y negativo. Sistemas enzimáticosinducibles y represibles
El operón lac de E. coli➢ Elementos que lo componen➢ Funcionamiento del sistema
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Degradación de la lactosa en el interior celular.
Lactosa extracelular
PermeasaMembrana celular
Lactosa
β-galactosidasa
Alolactosa
Galactosa
β-galactosidasa
β-galactosidasa
Glucosa
Citoplasma celular
Medio externo
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El operón lac es un ejemplo de sistema inducible negativo.
PromotorGen regulador
(lacI)
Proteína reguladora
Sitio de unión al operador
Sitio de unión a la lactosa ARN polimerasa
Promotor (lacP)
Operador (lacO) Genes estructurales
lacZ lacAlacY
No hay transcripción
PromotorGen regulador
(lacI)Promotor
(lacP)Operador
(lacO) Genes estructurales
lacZ lacAlacY
Operón Lac
Sin sustrato (lactosa)
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Cadena no molde del
ADN
Región -35 Región -10 Sitio de iniciación de la transcripción
Represor unido al operador
Operador
ARN polimerasa
Promotor
En el operón lac, el operador se superpone con el promotor.
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La presencia de alolactosa induce la transcripción de los genes deloperón lac.
Lactosa (Alolactosa)
Si hay transcripción
Traducción
Transacetilasa β-galactosidasa Permeasa
PromotorGen regulador
(lacI)
Promotor (lacP)
Operador (lacO)
Genes estructurales
Proteína reguladora (inactiva)
Con sustrato (lactosa)
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Lactosa extracelular
Permeasa Membrana celular
Lactosa
β-galactosidasa
Alolactosa
Galactosa
β-galactosidasa
β-galactosidasa
Glucosa
Degradación de lalactosa en el interiorcelular.
Alolactosa
Si hay transcripción
Traducción
Transacetilasa β-galactosidasa Permeasa
Promotor Gen regulador
(lacI)
Promotor (lacP)
Operador (lacO) Genes estructurales
Proteína reguladora (inactiva)
PromotorGen regulador
(lacI)
Proteína reguladora
Sitio de unión al operador
Sitio de unión a la lactosa ARN polimerasa
Promotor (lacP)
Operador (lacO)
Genes estructurales
lacZ lacAlacY
No hay transcripción
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https://www.youtube.com/watch?v=AVuj0q4mKa8
https://www.youtube.com/watch?v=oBwtxdI1zvk&t=24s
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Represión por catabolito: el operón lac es regulado por los niveles deglucosa presentes en el medio.
ATP
ATPATP
ATP
ATP
ATP Adenilciclasa
Poca glucosa
Mucha glucosa
ARN polimerasa
lacO lacZlacP lacY lacA
lacO lacZlacP lacY lacA
ARN polimerasa
Poca transcripción
Enzimas
β-Galactosidasa Permeasa Transacetilasa
LactosaGlucosa
Galactosa
ATP
ATPATP
ATP
ATP
ATPAdenil ciclasa
Transcripción y traducciónOperón lac
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Diferentes niveles posibles deregulación durante la expresión delmaterial genético en eucariotas.Transcripción
ADN
Pre-ARNm (transcrito primario)
ARNmCap poliA
Núcleo
Membrana nuclear Poro nuclear
Ribosoma
Citoplasma
Traducción
Producto proteico
2. Regulación de la transcripción
3. Regulación del procesamiento del ARNm
4. Regulación del transporte
6. Regulación de la traducción
5. Degradación del ARNm
7. Modificación y actividad de la
proteína
1. Remodelación de la cromatina