Regulación de la expresión génica en procariontes

𝑁ú𝑚𝑒𝑟𝑜𝑑𝑒𝑔𝑒𝑛𝑒𝑠𝑇𝑎𝑚𝑎ñ𝑜𝑑𝑒𝑙𝑔𝑒𝑛𝑜𝑚𝑎

= 𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑𝑔é𝑛𝑖𝑐𝑎

Humano E. coli

Densidad génica

25,000𝑔𝑒𝑛𝑒𝑠3,200𝑀𝑝𝑏

= 7.8𝑔𝑒𝑛𝑒𝑠/𝑀𝑝𝑏4,300𝑔𝑒𝑛𝑒𝑠4.6𝑀𝑝𝑏

= 934.8𝑔𝑒𝑛𝑒𝑠/𝑀𝑝𝑏

¿Qué implica esto físicamente?

Operón

Es una unidad genética funcional (región de DNA) que contiene a variosgenes regulados por un solo promotor (y un terminador). Esto implicaque se expresan todos los genes o ninguno.

¿Para qué sirven? ¿Qué ventajas dan a las bacterias?• Respuesta sincronizada y más rápida hacia algún estímulo• Ahorro de energía (porque se pueden encender y apagar)

Jacob y Monod

Describieron el primer operon en 1960: el operon Lac

En 1965 fueron galardonados con el Premio Nobel

• Genes estructurales:• Gen lac z: codifica la enzima 𝞫-galactosidasa, que cataliza la reacción de hidrólisis de la

lactosa en glucosa y galactosa.• Gen lac y: codifica la proteína galactósido permeasa, cuya función es facilitar el transporte

de la lactosa al interior de la bacteria colocándose en la membrana plasmática. • Gen lac a: codifica la enzima tiogalactósido transferasa, que cataliza la transferencia del

grupo acetil del acetil Coenzima A al 6-OH de un aceptor tiogalactósido. Este gen no está relacionado con el metabolismo de la lactosa.

• Promotor: región del DNA que reconoce la RNA polimerasa para llevar a cabo la transcripción.• Operador: región del DNA localizada entre el promotor y el comienzo de los

genes estructurales, que es reconocida por la proteína represora Lac I.• Gen represor (lac I): codifica la proteína represora Lac I, que se une a la región

operadora, impide la transcripción de los genes. Cuando el represor se retire (en presencia de inductor lactosa), la RNA polimerasa estará lista para empezar la transcripción.

Represión por catabolito

• E. coli tiene preferencia por sus fuentes de carbono. Si crece en un medio con lactosa y glucosa ocurre lo siguiente:

¿Cómo le hace para

elegir?

Regulación por CAP-cAMP

Para inducir el operonlac se necesita que se

retire la proteína represora y que una el complejo CAP-cAMP

Cuando NO hay glucosa los niveles de

cAMP aumentan.

• Los operones son muy comunes en procariontes. Se estima que E. colitiene alrededor de 700 operones.

• La célula no gasta energía en estar expresando genes y sintetizando proteínas que no necesita en el momento.

• Le permite responder a un estímulo más rápido y de manera sincronizada

Mutantes del operon Lac

Ausencia de lactosa

Presencia de lactosa

Represión

Inducción

WT

¿Represión o inducción?

En presencia en lactosa

Mutantes constitutivas

En ausencia de lactosa

¿Represión o inducción?

Cromosoma

Plásmido

En presencia en lactosa

En ausencia en lactosa

Las mutaciones en lacI son recesivas

Cromosoma

Plásmido

¿Represión o inducción?

En presencia en lactosa

En ausencia en lactosa

Las mutaciones en lacO son dominantes

Aplicaciones• Inducción de proteínas

recombinantes codificadas en plásmidos.

Análogos de la lactosa

ü IPTG (isopropil-β-D-1-tiogalactopiranósido)

NO hidrolizable

ü O-NPG

E. coli en medio mínimo

AGlu 2%

BLac 2 %

CGlu + Lac

2 %

DGlu 2 %

EGlu + Lac

2 %

+ Lac 2 %

15 min

7.5 min

Medio mínimo

Se puede medir su

absorbancia a 420nm

Reacción para determinar la actividad de la enzima 𝞫-galactosidasa