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