Regulación de la expresión génica en procariontes
𝑁ú𝑚𝑒𝑟𝑜𝑑𝑒𝑔𝑒𝑛𝑒𝑠𝑇𝑎𝑚𝑎ñ𝑜𝑑𝑒𝑙𝑔𝑒𝑛𝑜𝑚𝑎
= 𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑𝑔é𝑛𝑖𝑐𝑎
Humano E. coli
Densidad génica
25,000𝑔𝑒𝑛𝑒𝑠3,200𝑀𝑝𝑏
= 7.8𝑔𝑒𝑛𝑒𝑠/𝑀𝑝𝑏4,300𝑔𝑒𝑛𝑒𝑠4.6𝑀𝑝𝑏
= 934.8𝑔𝑒𝑛𝑒𝑠/𝑀𝑝𝑏
¿Qué implica esto físicamente?
Operón
Es una unidad genética funcional (región de DNA) que contiene a variosgenes regulados por un solo promotor (y un terminador). Esto implicaque se expresan todos los genes o ninguno.
¿Para qué sirven? ¿Qué ventajas dan a las bacterias?• Respuesta sincronizada y más rápida hacia algún estímulo• Ahorro de energía (porque se pueden encender y apagar)
Jacob y Monod
Describieron el primer operon en 1960: el operon Lac
En 1965 fueron galardonados con el Premio Nobel
• Genes estructurales:• Gen lac z: codifica la enzima 𝞫-galactosidasa, que cataliza la reacción de hidrólisis de la
lactosa en glucosa y galactosa.• Gen lac y: codifica la proteína galactósido permeasa, cuya función es facilitar el transporte
de la lactosa al interior de la bacteria colocándose en la membrana plasmática. • Gen lac a: codifica la enzima tiogalactósido transferasa, que cataliza la transferencia del
grupo acetil del acetil Coenzima A al 6-OH de un aceptor tiogalactósido. Este gen no está relacionado con el metabolismo de la lactosa.
• Promotor: región del DNA que reconoce la RNA polimerasa para llevar a cabo la transcripción.• Operador: región del DNA localizada entre el promotor y el comienzo de los
genes estructurales, que es reconocida por la proteína represora Lac I.• Gen represor (lac I): codifica la proteína represora Lac I, que se une a la región
operadora, impide la transcripción de los genes. Cuando el represor se retire (en presencia de inductor lactosa), la RNA polimerasa estará lista para empezar la transcripción.
Represión por catabolito
• E. coli tiene preferencia por sus fuentes de carbono. Si crece en un medio con lactosa y glucosa ocurre lo siguiente:
¿Cómo le hace para
elegir?
Regulación por CAP-cAMP
Para inducir el operonlac se necesita que se
retire la proteína represora y que una el complejo CAP-cAMP
Cuando NO hay glucosa los niveles de
cAMP aumentan.
• Los operones son muy comunes en procariontes. Se estima que E. colitiene alrededor de 700 operones.
• La célula no gasta energía en estar expresando genes y sintetizando proteínas que no necesita en el momento.
• Le permite responder a un estímulo más rápido y de manera sincronizada
Mutantes del operon Lac
Ausencia de lactosa
Presencia de lactosa
Represión
Inducción
WT
¿Represión o inducción?
En presencia en lactosa
Mutantes constitutivas
En ausencia de lactosa
¿Represión o inducción?
Cromosoma
Plásmido
En presencia en lactosa
En ausencia en lactosa
Las mutaciones en lacI son recesivas
Cromosoma
Plásmido
¿Represión o inducción?
En presencia en lactosa
En ausencia en lactosa
Las mutaciones en lacO son dominantes
Aplicaciones• Inducción de proteínas
recombinantes codificadas en plásmidos.
Análogos de la lactosa
ü IPTG (isopropil-β-D-1-tiogalactopiranósido)
NO hidrolizable
ü O-NPG
E. coli en medio mínimo
AGlu 2%
BLac 2 %
CGlu + Lac
2 %
DGlu 2 %
EGlu + Lac
2 %
+ Lac 2 %
15 min
7.5 min
Medio mínimo
Se puede medir su
absorbancia a 420nm
Reacción para determinar la actividad de la enzima 𝞫-galactosidasa