lunes, 28 de mayo de 2012

UNIDAD VIII

  
I.T.C.A
“BIOLOGIA MOLECULAR”

PRESENTA
MARICRUZ HERRERA MAYA

SEMESTRE: VI CARRERA: LIC.BIOLOGIA

INTRODUCCION

Los eucariontes, en su mayoría, son organismos complejos. Los organismos eucariotas superiores están constituidos por numerosos órganos diferenciados, estando cada órgano constituido por diferentes tipos de célula. Sin embargo, los miles de millares de células que constituyen estos organismos provienen de una sola célula diploide y para llegar a este resultado, se ponen en juego dos procesos: la multiplicación celular y la diferenciación. La diferenciación debería ser el resultado de "encender" y "apagar" diferentes genes. Pero para obtener un organismo "funcional" no es suficiente que sus células se diferencien. También hace falta que éstas respondan de manera adecuada al ambiente. Para esto es necesario que la expresión de cada uno de los genes autorizados a expresarse para la diferenciación esté perfectamente regulado.
En las bacterias, los sistemas de regulación de expresión de los genes son relativamente sencillos, porque la regulación se limita casi exclusivamente a un control de la transcripción, traduciéndose todo mensaje transcrito inmediatamente en proteínas. El objetivo de la regulación de genes se convierte en el ajuste de la maquinaria enzimática de la célula al ambiente nutricional y físico inmediato con el fin de permitir el crecimiento y la división de la célula bacteriana. En eucariontes, la cosa no es tan sencilla. En estos organismos, el objetivo de la regulación de la expresión génica es garantizar la ejecución de las decisiones precisas del desarrollo que llevan a la diferenciación celular. En otras palabras, garantizar que el gen correcto se active en la célula correcta en el momento correcto.
                  8.1 NIVELES DE REGULACCION DE LA EXPRESION GENETICA
Como primer punto vamos a decir que la regulación genética comprende todos aquellos procesos que afectan la acción de un gen a nivel de traducción o transcripción, regulando sus productos funcionales.
La estrategia procariota pretende alcanzar las máximas tasas de proliferación cuando el entorno se lo permita. 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.
La genómica parece indicar que:
  • 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 evoultiva 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.
 DENTRO DE ESTE TEMA ENCONTRAMOS VARIAS TIPOS DE CONTROL Y QUE ACONTINUACIS SE PRESENTARAN:

Control pretranscripcional: Determina la accesibilidad de la comatina a la maquinaria de transcripción. Lo afectan el superenrollamiento y la metilación. También se conoce como regulación epigenética ya que no depende de la secuencia sino de la conformación del DNA.
Control transcripcional: Determina la frecuencia y/o velocidad de inicio de transcripción mediante la accesibilidad de los sitios de inicio, la disponibilidad de los factores de transcripción y la eficacia de los promotores. La elongación a penas se ve afectada más que por la acción de algunos oncogenes que la hacen abortar prematuramente.
Control postranscripcional: Es el que se ejerce una vez que el transcrito ha terminado de sintetizarse. Puede ser de varios tipos:
*Control de la maduración: Según se pueda realizar elayustamiento del RNA, se conseguirán distintas cantidades del producto génico.
*Control del transporte: la mayoría de los RNA tienen que salir al citoplasma para ejercer su función. Para ello han de atravesar los poros de la membrana nuclear, donde se puede seleccionar los RNA que serán transportados y los que no.
*Control de la estabilidad: la vida media del RNA se puede regular mediante la expresión de las RNasas o de proteínas estabilizadoras del mRNA en el citoplasma.
*Control traduccional: esta regulación se ejerce sobre la frecuencia con que se comienzan a traducir los mRNA. También puede afectar la frecuencia con la que las proteínas maduran y la disponibilidad de efectores enzimáticos, pero eso se verá en otro tema.

8.2 REGULACION DE LA TRANSCRIPCION EN ORGANISMOS PROCARIOTICOS 

También durante el proceso de maduración en células eucariotas la señal de inicio y de final de mensaje quedan modificadas.

8.4.1 OPERÓN LACTOSA: CONTROL POSITIVO

Control positivo: Se dice que un sistema está bajo control positivo cuando el producto del gen regulador activa la expresión de los genes, actúa como un activador.

El operón lactosa también está sujeto a un control de tipo positivo, de manera que existe una proteína que estimula la transcripción de los genes estructurales. En los sistemas de control negativo existe una proteína que que impide la transcripción de los genes estructurales, en los sistemas de control positivo existe una prteína activadora que estimula la transcripción de los genes. 

En principio existen cuatro tipos de sistemas posibles de regulación de la expresión génica:
·         Tipo 1: Inducible, control negativo (operón lactosa y operón galactosa)
·         Tipo 2: Inducible, control positivo (operón arabinosa y operón maltosa)
·         Tipo 3: Represible, control negativo (operón triptófano y operón histidina)
·         Tipo 4: Represible, control positivo (no se han descrito)




 Por supuesto, un operón pude estar sujeto a más de un tipo de control, como sucede en el caso del operón lactosa que esta bajo control negativo ejercido por la proteína represora y bajo control positivo ejecutado por una proteína activadora por catabolitos (CAP) también llamada proteína activadora del AMP cíclico (CRP). El control positivo del operón lactosaa como veremos está estrechamente relacionado con la Represión catabólica.

Los principales elementos que constituyen un operón son los siguientes:

Los genes estructurales: llevan información para polipéptidos. Se trata de los genes cuya expresión está regulada. Los operones bacterianos suelen contener varios genes estructurales, son poligénicos o policistrónicos. Hay algunos operones bacterianos que tienen un solo gene estructural. Los operones eucarióticos suelen contener un sólo gen estructural siendo monocistrónicos.
 El promotor (P): se trata de un elemento de control que es una región del ADN con una secuencia que es reconocida por la ARN polimerasa para comenzar la transcripción. Se encuentra inmediatamente antes de los genes estructurales. Abreviadamente se le designa por la letra P
El operador (O): se trata de otro elemento de control que es una región del ADN con una secuencia que es reconocida por la proteína reguladora. El operador se sitúa entre la región promotora y los genes estructurales. Abreviadamente se le designa por la letra O.
 El gen regulador (i): secuencia de ADN que codifica para la proteína reguladora que reconoce la secuencia de la región del operador. El gen regulador está cerca de los genes estructurales del operón pero no está inmediatamente al lado. Abreviadamente se le denomina gen i.
 Proteína reguladora: proteína codificada por el gen regulador. Está proteína se une a la región del operador.
Inductor: sustrato o compuesto cuya presencia induce la expresión de los genes.

8.4.2 OPERON TRIPTOFANO( CONTROL NEGATIVO)

El operón triptófano  es un sistema de tipo represible, ya que el aminoácido triptófano   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 trp son en esencia 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.
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         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.

El operón triptófano (operón trp) 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 trp son en esencia 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.
 
8.3 REGULACION DE LA TRANSCRIPCION EN ORGANISMOS EUCARIOTICOS

La expresión génica se concretiza por la transformación de la información genética desde moléculas de ADN a moléculas de ARN y desde estas hasta los polipéptidos correspondientes. Las moléculas de ARN son sintetizadas usando como molde a segmentos específicos de ADN, en la reacción de polimerización que es catalizada por la enzima conocida como  ARN polimerasa.

Debemos tener en cuenta antes de sumergirnos en el proceso de transcripción:
 
A) Los precursores en la síntesis de ARN (unidades estructurales) son cuatro ribonucleótidos trifosfatados: rATP; rCTP; rGTP; rUTP
 
B) La secuencia de bases, del ARN a polimerizar, esta determinada por medio de la secuencia de bases de la molécula de ADN utilizada como molde para su síntesis.He ahí que se la denomine Cadena Molde de ADN.
 
C) La cadena de ARN crece en dirección 5’ – 3’. Esta dirección coincide con la síntesis de ADN.
 
D) La ARN polimerasa, a diferencia de la ADN polimerasa, es capaz de iniciar su síntesis sin la presencia de ningún tipo de molécula cebadora.

                     BIBLIOGRAFIA

  1. Murray, Granner, Johnes. Bioquímica de Harper. 15º Edición. (2002).
  2. Roscovsky, R. Bioquímica. (1999).
  3. Karp, G. Biología Celular. (2000).
  4. De Robertis, Hibb. Fundamentos de Biología Celular y Molecular. (1999).
  5. Cox T.M., Sinclair D. Biología Molecular en Medicina. Ed. Médica Panamericana. (1998).
  6. Balcavage W.X., King M.W., Appleton, Lange. Biochemistry. 1ª Ed. (1995).