Control de la Control de la Expresión Expresión

GénicaGénica

Un grupo de genes bacterianos transcritos a partir de un mismo Un grupo de genes bacterianos transcritos a partir de un mismo promotor. Cada uno de los cinco genes codifica una enzima diferente; promotor. Cada uno de los cinco genes codifica una enzima diferente; todas ellas son necesarias para sintetizar el aminoácido triptófano. Se todas ellas son necesarias para sintetizar el aminoácido triptófano. Se transcriben como una sola molécula de mRNA, lo cual permite transcriben como una sola molécula de mRNA, lo cual permite coordinar su regulación. Los grupos de genes que se transcriben a coordinar su regulación. Los grupos de genes que se transcriben a partir de un sólo promotor son habituales en bacterias. Cada uno de partir de un sólo promotor son habituales en bacterias. Cada uno de estos grupos se llama estos grupos se llama OperónOperón. Dentro del promotor está el . Dentro del promotor está el operadoroperador, , una secuencia que regula la expresión de los genes del operón una secuencia que regula la expresión de los genes del operón

Control de la Transcripción en Procariontes:Control de la Transcripción en Procariontes:OperonesOperones

promotor

operador inicio de transcripción

triptófano

represor activo

represor inactivo

RNA polimerasa

GENES ENCENDIDIOS GENES APAGADOS

Encendidio y Apagado de los Genes del Operón Triptófano (Encendidio y Apagado de los Genes del Operón Triptófano (trptrp))

Cuando el nivel intracelular de triptófano (trp) es bajo, la RNA polimerasa se une al Cuando el nivel intracelular de triptófano (trp) es bajo, la RNA polimerasa se une al promotor y transcribe los cinco genes del operón trp. Cuando el nivel de trp es alto, el promotor y transcribe los cinco genes del operón trp. Cuando el nivel de trp es alto, el represor de triptófano es activado para unirse al operador, donde bloquea la unión de represor de triptófano es activado para unirse al operador, donde bloquea la unión de la RNA polimerasa al promotor.la RNA polimerasa al promotor.

Mecanismos de Control de Expresión de Genes en ProcariontesMecanismos de Control de Expresión de Genes en Procariontes

REGULACIÓN NEGATIVA (REPRESIÓN)el represor unido previene la transcripción

REGULACIÓN POSITIVA (ACTIVACIÓN)el activador unido promueve la transcripción

EL LIGANDO SE UNE PARA REMOVER LA PROTEÍNA REGULATORIA DEL DNA

EL LIGANDO SE UNE PARA PERMITIR LAUNIÓN DE LA PROTEÍNA REGULATORIA AL DNA

proteína represora unida

proteína activadoraunida

RNA polimerasa

LA ADICIÓN DE LIGANDO ENCIENDE LA EXPRESIÓN DEL GEN REMOVIENDO LA PROTEÍNA REPRESORA

LA ADICIÓN DE LIGANDO APAGA LA EXPRESIÓN DEL GEN REMOVIENDO LA PROTEÍNA ACTIVADORA

LA REMOCIÓN DEL LIGANDO ENCIENDE LA EXPRESIÓN DEL GEN REMOVIENDO LA PROTEÍNA REPRESORA

LA REMOCIÓN DEL LIGANDO APAGA LA EXPRESIÓN DEL GEN REMOVIENDO LA PROTEÍNA ACTIVADORA

GEN ENCENDIDO

GEN ENCENDIDOGEN APAGADO

GEN APAGADO

represor inactivo

El Operón El Operón laclac

PromotorPromotorOperadorOperadorGen Gen ReguladorRegulador Gen ZGen Z Gen YGen Y Gen AGen A

Represor Represor laclac

Enzimas de Enzimas de metabolización de lactosametabolización de lactosa

La RNA polimerasa no se puede unir, la transcripción se bloquea

Sin Sin LactosaLactosa

represor unido al operador

represor activo

Con LactosaCon Lactosa

La lactosa induce transcripción

uniéndose al represor, el cual no se puede unir al operador

RNA polimerasa se une

inductor(lactosa)

inductor unido al represor

Transcripción procede

mRNA Transcrito

El Operón El Operón laclac::Transcripción inducida Transcripción inducida por la remoción de un por la remoción de un represorrepresor

El Operón El Operón laclac::Transcripción activadaTranscripción activadapor la unión de CAP al por la unión de CAP al promotorpromotor

CAP = catabolite CAP = catabolite activatoractivator protein protein

Permite a las bacterias Permite a las bacterias utilizar otras fuentes de utilizar otras fuentes de carbono cuando la carbono cuando la glucosa es escasa.glucosa es escasa.

Glucosa Glucosa cAMPcAMP

La RNA polimerasa se une al complejo del

promotor

Los genes no son transcritos

La RNA polimerasa no se

puede unir

Baja Glucosacomplejo

CAP-cAMP(activador)

CAP

cAMP

Transcripción procede

mRNA transcrito

Alta Glucosa

OPERÓN APAGADOporque no se une CAP

OPERÓN APAGADOporque no se une CAPy se une el represor lac

OPERÓN APAGADOporque se une el represor lac

OPERÓN ENCENDIDO

PROMOTOR

SITIO DE UNIÓN DE

CAP

INICIO DE TRANSCRIPCIÓN

Los niveles de glucosa y lactosa controlan la transcripción desde el operón lac mediante sus efectos sobre la proteína represora lac y CAP. La lactosa se une al represor y la remueve del DNA. LA adición de glucosa disminuye la concentración de cAMP y, como éste ya no une CAP, esta proteína activadora se disocia del DNA, apagando la expresión. LacZ, el primer gen del operón lac, codifica para b-galactosidasa, que hidroliza lactosa a galactosa y glucosa.

Control Dual Control Dual del Operón del Operón

laclac

La Regulación del Operón de Triptófano Ocurre por 2 Mecanismos:

RepresiónAtenuación

atenuador

Bajos niveles de Trp

Altos niveles de Trp

mRNA completo

mRNA atenuado

El mRNA trp se traduce mientras aún está siendo transcrito. A altos niveles de Trp, el ribosoma traduce justo detrás de la RNA pol. Las regiones 3 y 4 forman una horquilla que provoca el final de la Transcripción. A

bajos niveles de Trp, el ribosoma se detiene en la región 1, que contiene 2 codones adyacentes de Trp. Esto permite la formación de una horquilla entre las regiones 2 y 3, evitando la horquilla entre 3 y 4, lo que permite

que la transcripción del operón prosiga más allá de la secuencia atenuadora.

Mecanismo de Atenuación Transcripcional

Bajos niveles de Trp

Altos niveles de Trp

Control Transcripcional en Eucariontes:Control Transcripcional en Eucariontes:Diferencias con ProcariontesDiferencias con Procariontes

• RNA polimerasas de eucariontes requieren de RNA polimerasas de eucariontes requieren de factores generales de factores generales de transcripcióntranscripción, , que se ensamblan en el promotor antes del inicio de transcripción. Este que se ensamblan en el promotor antes del inicio de transcripción. Este proceso de proceso de ensamblaje puede ser regulada por diferentes factores. En procariontes, ensamblaje puede ser regulada por diferentes factores. En procariontes, la RNA la RNA polimerasa puede iniciar la transcripción por sí sola.polimerasa puede iniciar la transcripción por sí sola.

• La mayoría de las proteínas regulatorias de eucariontes actúan a La mayoría de las proteínas regulatorias de eucariontes actúan a distancia, es distancia, es decir, uniéndose al DNA miles de nucleótidos río arriba del gen cuya decir, uniéndose al DNA miles de nucleótidos río arriba del gen cuya expresión expresión regulan. Por esto, un promotor es susceptible de ser regulado por una regulan. Por esto, un promotor es susceptible de ser regulado por una gran gran cantidad de elementos regulatorios esparcidos por el cromosoma. Estas cantidad de elementos regulatorios esparcidos por el cromosoma. Estas son las son las secuencias secuencias enhancer enhancer (exacerbadoras o incrementadoras). Este (exacerbadoras o incrementadoras). Este fenómeno tambiénfenómeno también ocurre en procariontes, pero constituye una excepción.ocurre en procariontes, pero constituye una excepción.

secuencias regulatorias promotor región transcrita

DNA espaciador

ESTRUCTURA DE UN GEN DE EUCARIONTEESTRUCTURA DE UN GEN DE EUCARIONTE

El Promotor es la secuencia donde se unen los factores generales de transcripción y la RNA polimerasa.

En la secuencias regulatorias se unen proteínas regulatorias de expresión génica, cuya presencia afecta el nivel de iniciación de la transcripción. Estas secuencias pueden estar

ubicadas adyacentes al promotor, muy lejos río arriba, dentro de intrones o río debajo de la secuencia codificante del gen.

Los factores generales de transcripción son similares para todos los genes transcritos por la RNA polimerasa II, mientras que las proteínas regulatorias y sus sitios de unión son

diferentes para cada gen.

La Región de Control de la Expresión de un Típico Gen Eucarionte

Región de control de expresión del gen X

Ensamblaje de los factores generales de transcripción requeridos para la iniciación de transcripción por la RNA polimerasa II. Primero TFIID se une a la caja TATA (~-25 en eucariontes). TFIIB se une a este complejo, seguido por la RNA polimerasa II, escoltada por TFIIF. Luego TFIIE y TFIIH se ensamblan sobre el complejo. En presencia de ATP, TFIIH fosforila a la RNA polimerasa II, lo cual libera a la polimerasa de este complejo, para que pueda iniciar la síntesis de RNA. Las otras dos RNA polimerasas, I y III, requieren de otros factores generales de transcripción y no dependen de una caja TATA.

Factores Factores

GeneralesGenerales de Transcripciónde Transcripción

Enhancers: Activación Génica a Enhancers: Activación Génica a DistanciaDistanciaLos factores generales de transcripción y la RNA polimerasa no se ensamblan eficientemente por sí solos en el promotor. Es necesaria la unión de una proteína regulatoria a un incrementador, a una distancia de hasta decenas de miles de pares de nucleótidos del inicio de transcripción

Muchas Proteínas Activadoras de Transcripción Muchas Proteínas Activadoras de Transcripción Aceleran el Ensamblaje de los Factores Generales de Aceleran el Ensamblaje de los Factores Generales de

TranscripciónTranscripción

La mayoría de las proteínas activadoras poseen un La mayoría de las proteínas activadoras poseen un dominio de unión al dominio de unión al DNADNA y otro que se une a la maquinaria de transcripción y acelera la y otro que se une a la maquinaria de transcripción y acelera la velocidad de iniciación de transcripción (velocidad de iniciación de transcripción (dominio de activacióndominio de activación).).

Ejemplo: La proteína GAL4, unida al DNA río arriba del gen, facilita la unión de TFIID al complejo de factores generales de transcripción. Las proteínas activadores de transcripción incrementan la tasa de transcripción típicamente en hasta 1000 veces.

Los factores generales de transcripción y la RNA polimerasa II se ensamblan sobre el promotor. La característica más importante de los promotores de los genes transcritos por la RNA polimerasa II es la presencia de la Caja TATA, que actúa como punto de inicio del ensamblaje de los factores generales de transcripción. El punto en que la RNA polimerasa II inicia la transcripción se encuentra generalmente 25 pares de nucleótidos en dirección 3’ de la caja TATA. Las secuencias regulatorias génicas actúan como lugares de unión de las proteínas regulatorias cuya presencia en el DNA afecta la velocidad a la que se trasncriben los genes.

Secuencias Regulatorias en un Gen Eucariótico TípicoSecuencias Regulatorias en un Gen Eucariótico Típico

Modo de Acción de las Proteínas Represoras de Genes de EucariontesModo de Acción de las Proteínas Represoras de Genes de Eucariontes

Unión competitiva al DNA

enmascaramiento de la superficie

de activación

interacción directa con factores generales

de transcripción

proteínas activadoras y represoras compiten por la unión a la misma secuencia regulatoria

el represor se une al dominio de activación del activador, evitando la unión de la última a la maquinaria de transcripción

el represor actúa sobre una etapa temprana del ensamblaje de los factores generales de transcripción, bloqueando la continuación del ensamblaje

La actividad de las proteínas regulatorias de expresión génica es regulada mediante diferentes mecanismos

INACTIVA

INACTIVA

ACTIVA

ACTIVA

SÍNTESIS DE PROTEÍNAS

UNIÓN DE LIGANDO

FOSFORILACIÓN DE PROTEÍNAS

UNIÓN DE SEGUNDA

SUBUNIDAD

Subunidad de unión al DNA

Subunidad de activación

DESENMASCARA-MIENTO

ESTIMULACIÓN DE ENTRADA AL NÚCLEO

LIBERACIÓN DESDE LA MEMBRANA

inhibidor Proteína inhibitoria

Activación Génica en Procariontes y EucariontesActivación Génica en Procariontes y Eucariontes