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Estructura y regulación génica
Mª Loreto Valdivia C.
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Contenidos1. Estructura y organización de los genes2. Regulación de la transcripción3. Control hormonal de la transcripción4. Aplicaciones de estos conocimientos
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Tipos celulares
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Un ADN, dos organizaciones.
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ADN bacteriano Es un ADN se presenta de doble
hebra (de ±1 mm de longitud), circular y cerrado por enlaces covalentes, que se llama cromosoma bacteriano.
Tiene un peso de 3 X 109 d (daltons).
Al ADN bacteriano se le llama nucleoide y es una estructura que contiene un solo cromosoma.
No posee histonas, pero si tiene proteínas y poliaminas de bajo peso molecular y de iones magnesio que cumplirían su función.
Cromosoma de E. coli extendido por shock osmótico1200 µm de long. (Dr. Gopal Murti/Science Photo library)
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ADN bacteriano: plásmidos Son pequeños fragmentos
circulares de ADN Están presentes
prácticamente en todas las células bacterianas.
Contienen de 2 a 30 genes.
Algunos tienen la capacidad para incorporarse o salir del cromosoma bacteriano (episoma).
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ADN eucarionte El ADN se encuentra en el núcleo,
presentando un superenrrollamiento y asociado a proteínas histónicas.
El ADN se enrolla (dos vueltas) alrededor de un octeto de proteínas histónicas formando un nucleosoma, estos quedan separados por una secuencia de ADN de hasta 80 pares de bases, formando un "collar de perlas" o fibra de cromatina.
Este collar de nucleosomas vuelve a enrollarse y cada 6 nucleosomas constituyen un "paso de rosca" por medio de histoma H1.
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¿ES IGUAL LA TRANSCRIPCIÓN DE
PROCARIONTES Y EUCARIONTES?
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Transcripción en procariontes Francois Jacob y Sydney Brenner trabajan con
Escherichia coli. Proponen el modelo de operon (unidad
transcripcional) Proponen que existen ARNm de vida media corta, que
rápidamente son desintegrados por la enzima ribonucleasa.(2 minutos)
Los ARNm de los procariontes son:a) Más largos que en eucariontesb) Codifican para varias proteínas :policistrónicos.
(cistrón=unidad genética que codifica 1 proteina)c) Son todos formados por la enzima
ARNpolimerasa
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Analicemos....1. ¿Qué ventajas tiene la
existencia de un operón?2. ¿Qué inconvenientes puede
traer para la bacteria que sus ARNm tengan una vida media tan corta? ¿De qué forma se solucionan estos inconvenientes?
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Transcripción en eucariontes Difiere en varios aspectos del proceso
que se observa en procariontes:a) Los ARN son sintetizados en el núcleo,
por lo tanto hay una “barrera” entre la transcripción y la traducción.
b) Los ARN son más estables, su vida media dura desde minutos hasta horas.
c) Los ARNm codifican para 1 sola proteína (monocistrónicos)
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Transcripción en eucariontesd) Existen 3 tipos de ARNpolimerasa que
llevan a cabo la transcripción, y difieren en estructura, mecanismo de regulación y función (regulan la formación de los distintos tipos de ARN).
e) La región promotora tiene una secuencia de bases llamada caja TATA.
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Características de ARNm eucarionte Se descubrió en 1977 que el ARNm eucarionte
tenía información de genes no contiguos. Se pueden encontrar regiones que codifican:
exones, y regiones que no codifican: intrones. Para que el ARNm pueda salir hacia el
citoplasma y sea traducido debe sufrir en el núcleo un procesamiento que lo “limpie” de los intrones, este proceso se llama Empalme o splicing.
Los únicos ARNm eucariontes que no contienen intrones son los que codifican para histonas e interferón.
Tarea¿Qué es el interferón?
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Calcitonin gen related
péptido
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Concluyendo
a) ¿Por qué las células eucariontes presentarán este proceso de empalme?
b) ¿Habrá servido el proceso de empalme en el proceso evolutivo? Explica.
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¿Por qué el empalme? Es un fenómeno que se observa en todas
las células eucariontes, pero su utilidad no está del todo aclarada.
Su existencia parece que permitió la formación de variantes proteicas que favorecen la evolución.
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¿CÓMO SE REGULA LA EXPRESIÓN GÉNICA?
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Control de la expresión génica
Nutrientes
Temperatura
Presión oxígeno
pHFactores decrecimiento
Hormonas
Cambios en la cantidad y el tipo de proteínas producidas por una célula
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Regulación de los genes procariontes
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Cromosoma procarionte Es un filamento simple, continuo, circular, que es
unas 500 veces más grande que la célula misma. Se dispone formando una masa irregular llamada
nucleoide. Para que inicie la transcripción la ARNpolimerasa
se une a una región del ADN conocida como promotor, lo que provoca que el ADN se abra y comience el proceso.
Se transcribe el operon y pueden formarse varias proteínas que se necesiten a la vez.
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¿De qué manera se regula la transcripción?1. Depende del medio en que está la bacteria2. Existen genes reguladores que estimulan
positiva o negativamente la transcripción.3. La traducción es casi simultánea a la
transcripción
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Transcripción Basal
DNA
RNA
Promotor
RNA pol
ACTIVACIÓN DE LA TRANSCRIPCIÓN EN GENERAL
Transcripción activada
DNA
RNA
Promotor
RNA pol
ACTIVADOR
GEN
GEN
A
B
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Transcripción
DNA
RNA
Promotor
RNA pol
NO Transcripción
DNAPromotor
RNA pol
operador
represor
REPRESIÓN DE LA TRANSCRIPCIÓN EN GENERAL
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OPERON LAC
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Metabolismo de la lactosa
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B-galactosidasa permeasa acetilasa
La función del operón lactosa (lac) es producir las enzimasrequeridas para metabolizar lactosa y obtener energía cuando éstaes requerida por la célula
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¿Qué pasa en ausencia de lactosa?
Proteína represora
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¿Qué pasa en presencia de lactosa?
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¿Qué pasa en presencia de lactosa y ausencia de glucosa?
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Resumiendo
Glucosa cAMP Lactosa Transcripción del operón lac Alta Bajo Ausente No transcripción
Alta Bajo Presente Baja transcripción
Baja Alto Ausente No transcripción
Baja Alto Presente Alta transcripción
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Regulación génica en eucariontes
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Niveles de regulación de la expresión génica
ADNTranscritos primarios de ADN
ARNm ARNm
ARNm inactivo
Proteína
Proteína inactiva
NÚCLEO CITOPLASMA
1. Control transcripci
onal
2. Control del procesamiento
del ARN
3. Control del
transporte del ARN
4. Control traduccional
6. Control de la actividad
proteica
5. Control de la degradación de
los ARNm
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ARN polimerasa eucarionte: estructura general
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Control de la ARN polimerasa II1. Factores generales de la transcripción,
cuya función es ayudar a formar el complejo de iniciación.
2. Factores específicos de la transcripción, cuya función es regular el ensamblaje del complejo de iniciación. Son dos tipos:
Proteínas activadores, que se unen a la secuencia amplificadora
Proteínas represoras que se unen a secuencias silenciadoras
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Control transcripcional: comparación de elementos promotores procariontes - eucariontes
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Promotor: TATA box
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Formación del complejo de iniciación
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Factores de transcripción específicos
Factores de transcripción específicos
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Mecanismo de unión de los intensificadores o facilitadores
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Otros mecanismos de regulación: organización de la cromatina
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Control hormonal de la transcripción
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Modelo de control de hormonas peptídicas