Estructura y regulación génica

Mª Loreto Valdivia C.

Contenidos1. Estructura y organización de los genes2. Regulación de la transcripción3. Control hormonal de la transcripción4. Aplicaciones de estos conocimientos

Tipos celulares

Un ADN, dos organizaciones.

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)

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).

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.

¿ES IGUAL LA TRANSCRIPCIÓN DE

PROCARIONTES Y EUCARIONTES?

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

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?

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)

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.

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?

Calcitonin gen related

péptido

Concluyendo

a) ¿Por qué las células eucariontes presentarán este proceso de empalme?

b) ¿Habrá servido el proceso de empalme en el proceso evolutivo? Explica.

¿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.

¿CÓMO SE REGULA LA EXPRESIÓN GÉNICA?

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

Regulación de los genes procariontes

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.

¿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

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

Transcripción

DNA

RNA

Promotor

RNA pol

NO Transcripción

DNAPromotor

RNA pol

operador

represor

REPRESIÓN DE LA TRANSCRIPCIÓN EN GENERAL

OPERON LAC

Metabolismo de la lactosa

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

¿Qué pasa en ausencia de lactosa?

Proteína represora

¿Qué pasa en presencia de lactosa?

¿Qué pasa en presencia de lactosa y ausencia de glucosa?

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

Regulación génica en eucariontes

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

ARN polimerasa eucarionte: estructura general

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

Control transcripcional: comparación de elementos promotores procariontes - eucariontes

Promotor: TATA box

Formación del complejo de iniciación

Factores de transcripción específicos

Factores de transcripción específicos

Mecanismo de unión de los intensificadores o facilitadores

Otros mecanismos de regulación: organización de la cromatina

Control hormonal de la transcripción

Modelo de control de hormonas peptídicas