Universidad de Carabobo

Facultad de Ciencias de la Salud - Núcleo Aragua

Escuela de Medicina Dr. Witremundo Torrealba

Departamento de Bioquímica

Jorge Urbina

Kevin Vela

Maracay, marzo de 2014

Explicar en forma general cómose lleva a cabo el control de laexpresión genética en procariotes

Control transcripcional, Proteínas Reguladoras, activadoras y represoras.Genes estructurales. Modelo OperónSistema inducción –represión,Represión por catabólico

Control de la expresión genética

• La expresión génica es el fenómeno que

incluye la transcripción de un gen en ARNm

y su posterior traducción a proteína.

• Interviene en el control de la síntesis de

proteínas.

Control transcripcional• La expresión génica se puede controlar en las etapas

de Transcripción, y Traducción

• la transcripción a menudo se controla en la fase de iniciación

Modelo Operón• Fue publicado En 1961 en un artículo firmado por

Jacob y Monod, titulado “Genetic regulatory

mechanisms in the synthesis of proteins.” en la

revista Journal of Molecular Biology.

• Por sus descubrimientos ganaron el premio Nobel

de medicina en 1965 junto con André Lwoff

Francois Jacob Jacques Monod André Lwoff

• Una tarde de domingo en el mes de julio de 1958 viendo una película en un cine con su mujer, nos cuenta Jacob en su autobiografía lo siguiente:

• “Cierro los ojos, atento a algo extraordinario que me está pasando. Una excitación brusca mezclada de un placer confuso me invade. Y súbitamente, un relámpago. El deslumbramiento de la evidencia. ¿Cómo no lo había pensado antes? La experiencia de conjugación hecha con Élie sobre el fago, la inducción erótica, y la hecha con Pardee y Monod sobre el sistema lactosa, la experiencia PAJAMA, son las mismas. Misma situación. Mismo resultado. Misma conclusión. En ambos casos, un gen gobierna la formación de un producto citoplásmico, de un represor que bloqueé la expresión de otros genes, impidiendo en un caso la síntesis de la galactosidasa y en otro la multiplicación del virus. (…) Más aún, ¿dónde puede actuar el represor para poder detener todo a la vez? La única respuesta simple, la única que no hace intervenir una cascada de hipótesis complicadas es: ¡sobre el ADN mismo!”

Que es el Operón• Unidad de expresión y regulación genética

bacteriana, que incluye genes estructurales y

elementos de control en el DNA.

Principales elementos del operón

• Los genes estructurales.

• El promotor (P).

• El operador (O).

• El gen regulador (i).

• Proteína reguladora.

Genes estructurales • Se denomina así a cualquier gen que codifica un

producto proteico (o ARN)

• Se asocian con una gran cantidad de estructuras y

funciones, incluidas enzimas, proteínas

estructurales y proteínas reguladoras

Genes Reguladores• El gen regulador es el encargado de codificar

proteínas o ARN implicado en la regulación de la

expresión de otros genes

Proteínas Reguladoras

• Proteínas Represoras (represor) Proteínas Activadoras (activador)

Factores de especificidad

• La ARN polimerasa de procariotas es una enzima formada por cinco

clases de subunidades

• La composición subunitaria de la enzima completa, llamado Holo

enzima, es α2 β β’y ω mas un factor σ 70.

• La subunidad σ supone el factor de especificidad de la ARN

polimerasa, ya que reconoce al promotor

• existen diferentes tipos de subunidades sigmas que serán capaces

de reconocer a diferentes tipos de promotores.

• La más común es la subunidad σ70 que interactúa con la

mayoría de los promotores que poseen una misma secuencia

consenso

• Pero a veces debido a condiciones excepcionales deben

usarse otras subunidades como la σ 32, en momentos en los

que la bacteria está sometida a estrés por calor.

• Cuando esta subunidad sigma está unida a la ARN

polimerasa se dirige a una serie de promotores

especializados con una secuencia consenso diferente a la

que se encuentra en los promotores que se unen al factor

σ70, que dan origen a un conjunto de proteínas para la

protección de la célula

Sistema de inducción-represión

• Sistema que se basa en la capacidad de permitir o

no la síntesis de diversas enzimas dependiendo de

las condiciones ambientales

• Inducción: Capacidad para sintetizar ciertas

enzimas solamente cuando el sustrato se encuentra

presente

• Represión: Capacidad de impedir la síntesis de

ciertas enzimas cuando los productos están

presentes

• La combinación de este sistema con el control positivo y

negativo da como resultado cuatro patrones distintos

de regulación genética:

• 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)

Operón lactosa

Operón triptófano

Represión por catabólico• Cuando la bacteria E. coli crece en un medio que contiene glucosa,

prefiere este azúcar como fuente de energía

• Como consecuencia los operones que producen las enzimas

necesarias para obtener energía de otros azúcares están

bloqueados

• Uno de los catabolitos del metabolismo de la glucosa actúa sobre

el AMP cíclico (AMPc).

• El AMP cíclico (AMPc) es necesario para la transcripción de todos los

operones que son inhibidos por el catabolismo de la glucosa

• Se trata. por tanto de un sistema de control positivo

Represión por catabólico

Caso Clínico:Tuberculosis

• La tuberculosis es una enfermedad causada por bacterias que se

propagan por el aire de una persona a otra

• Bacteria Mycobacterium tuberculosis

• Estas bacterias por lo general atacan a los pulmones, pero también

pueden atacar otras partes del cuerpo como los riñones, la columna

vertebral y el cerebro.

• Si no se trata apropiadamente, la tuberculosis puede ser mortal.

Tratamiento• En la actualidad, hay 10 medicamentos aprobados por la Administración de

Drogas y Alimentos de los EE. UU. (FDA) para el tratamiento antituberculosis.

De estos, los medicamentos de primera elección que son básicos en todo

tratamiento contra la tuberculosis son:

• isoniazida (INH)

• rifampicina (RIF)

• etambutol (EMB)

• pirazinamida (PZA)

Esquema preferido

Fase inicialINH, RIF, PZA y EMB* diarios por 56 dosis (8 semanas)

Fase de continuaciónINH y RIF diariamente por 126 dosis (18 semanas) oINH y RIF 2 veces por semana por 36 dosis (18 semanas)

alolactosa

resumenexpresión genética

Regulación

Transcripción

Sistema Inducción-Represión

Proteínas Reguladoras

Represión por catabólico

Factores Ambientales

Glosario

• Operón: Unidad de expresión y regulación

bacteriana, que incluye genes estructurales y

elementos de control en el ADN reconocidos por

uno o varios productos génicos reguladores

• El promotor (P): Región del DNA donde se une la

RNA polimerasa para iniciar la transcripción. Se

encuentra inmediatamente antes de los genes

estructurales

• Operador: Sitio en el ADN donde se une una

proteína reguladora para evitar o inducir que inicie

la transcripción en el promotor adyacente

Glosario• Gen inducible: gen que se activa por la presencia

de su sustrato

• Gen reprimible: gen que se inactiva por la

presencia de su producto

• inductor: Molécula pequeña que dispara la

transcripción genética mediante su unión a una

proteína reguladora

• Correceptor: Molécula pequeña que dispara la

represión de la transcripción mediante su unión a

una proteína reguladora