UNIVERSIDAD NACIONAL SAN LUIS GONZAGA- fARMACIA Y BIOQUMICA

[UNIVERSIDAD NACIONAL SAN LUIS GONZAGA- fARMACIA Y BIOQUMICA]DOC: LUIS DIAZ

NDICE INTRODUCCIN5 REGULACIN DE LA EXPRESIN GNICA6 REGULACION DE LA EXPRESION GENICA EN BACTERIAS..7 SISTEMAS CONSTITUTIVOS Y ADAPTATIVOS.8 SISTEMAS INDUCIBLES Y REPRESIBLES....9 CONTROL POSITIVO Y NEGATIVO...10ELEMENTOS DEL OPERN.10 OPERN LACTOSA ..11 ELEMENTOS QUE INTERVIENEN EN LA REGULACION DE LA EXPRESION GENICA EN BACTERIAS..12 OPERON LACTOSA: CONTROL NEGATIVO13,14,15OPERON LACTOSA EN AUSENCIA DE LACTOSA Y OPERON LACTOSA EN PRESENCIA DE LACTOSA DIPLOIDE PARCIAL CON LACTOSA16,17 CONTROL POSITIVO..18 OPERN TRIPTOFNO.19 OPERON TRIPTOFANO CON CORREPESOR Y SIN CORREPESOR.20

Dedicatoria:Este trabajo presente va para todos nuestros compaeros y profesor que brindaremos la siguiente informacin acerca de este tema y la importancia que es para nosotros como qumicos farmacuticos.

OPERON LACTOSA Y TRIPTFANOINTRODUCCIN:En nuestro recorrido por la Gentica hemos averiguado que son los genes, cmo se replican y cmo se transmiten. Tambin hemos visto que la informacin contenida en los genes se transcribe a ARN y que el ARN mensajero se traduce a protenas. De manera que la informacin contenida en los genes se convierte en protenas. Sin embargo, an no hemos visto de qu manera la clula regula su funcionamiento, es decir, Cmo decide la clula que protenas necesita producir en cada momento y qu cantidad de protena es necesario sintetizar?El ADN de una clula contiene informacin para miles de genes, pero no todos se expresan simultneamente. En los seres unicelulares, los genes se expresan segn las necesidades metablicas de cada momento. En los seres pluricelulares, cada clula del organismo contiene todos los genes necesarios para la supervivencia del organismo completo. Un conjunto de estos genes, los genes de mantenimiento son necesarios para el mantenimiento de la clula y se expresan en todas ellas.9 El resto de genes se expresan diferencialmente en cada tipo celular, segn la funcin para la que se ha especializado durante el desarrollo.

REGULACIN DE LA EXPRESIN GNICA La regulacin de la expresin gnica controla la expresin diferencial de los genes segn el momento del desarrollo, las condiciones ambientales o el tipo celular. Esta regulacin no consiste en una simple activacin o desactivacin de ciertos genes, sino que consigue controlar el nivel de expresin de un modo fino, segn las necesidades de cada clula en cada momento. Esta precisin en la regulacin se consigue gracias a la accin coordinada de diversos mecanismos que pueden intervenir a muy diferentes niveles de la sntesis proteica.La sntesis proteica es un proceso complejo en el que se distinguen diversos pasos y donde intervienen multitud de protenas. Cualquier alteracin en la actividad de estas protenas puede alterar la expresin gnica y puede utilizarse en el proceso de regulacin.Los mecanismos de regulacin de la expresin gnica pueden actuar: Antes de la transcripcin alterando la estructura de la cromatina. En la transcripcin En el procesamiento del ARN Variando la estabilidad del ARNm En la traduccin En la introduccin de modificaciones postraduccionales.

REGULACIN DE LA EXPRESIN GNICA EN BACTERIASEn las bacterias, a pesar de ser organismos unicelulares, tambin es necesaria regular la expresin de los genes adaptndola a las necesidades ambientales. Es un principio de economa celular el que la expresin de los genes este regulada segn las circunstancias celulares. Un buen ejemplo de esta situacin en bacterias es la regulacin de las enzimas implicadas en el metabolismo de los azcares. Las bacterias pueden emplear para obtener energa distintas fuentes de carbono, como la glucosa, lactosa, galactosa, maltosa, ramnosa y xilosa. Existen enzimas capaces de introducir cada uno de estos azcares en la bacteria y enzimas capaces de romperlos para obtener energa. Lgicamente, sera un despilfarro energtico producir simultneamente todos los enzimas necesarios para metabolizar los diferentes azcares mencionados. Por consiguiente, sera mucho ms econmico para la clula producir solamente las enzimas necesarias en cada momento, es decir, si en el medio en el que vive la bacteria la principal fuente de carbono es la lactosa, solamente se expresaran los genes necesarios para metabolizar la lactosa, mientras que los otros genes no se expresaran. Por tanto, es esencial que exista un mecanismo de regulacin de la expresin gnica, de manera que los genes se expresen cuando sea necesario.La regulacin de la produccin de protenas (sntesis de protenas) considerando el proceso en su conjunto, puede llevarse a cabo en tres niveles: Replicacin Transcripcin Traduccin.De los tres niveles de regulacin, uno de los mejor conocidos actualmente es la regulacin durante la transcripcin. Aunque la regulacin de la transcripcin en eucariontes es ms compleja que en bacterias, muchos de sus aspectos son similares. Por tanto, comenzaremos por el estudio de la regulacin de la transcripcin en bacterias.SISTEMAS CONSTITUTIVOS Y SISTEMAS ADAPTATIVOSEs evidente que existen algunos procesos metablicos que son necesarios para el funcionamiento normal de casi todas las clulas, de manera que existen una serie de necesidades bsicas para el mantenimiento normal de una clula. Por consiguiente, los genes que codifican para las enzimas necesarias para el metabolismo bsico celular se estn expresando continuamente, es decir, se expresan de forma constitutiva o continua. Por tal motivo, a este tipo de genes se les denomina, "genes que guardan la casa" ogenes constitutivos.Los genes constitutivos codifican para sistemas enzimticos constitutivos, que se necesitan siempre para la actividad normal de la clula.Frente a los genes constitutivos, nos encontramos con los genes que se expresan solamente en determinadas situaciones y que, por consiguiente, codifican para enzimas que solamente se necesitan en momentos concretos. A este tipo de genes se les llama genes adaptativos y a las enzimas codificadas por ellos, sistemas enzimticos adaptativos. Se denominan as pensando en que se expresan cuando la clula se adapta a una determinada situacin ambiental.SISTEMAS INDUCIBLES Y SISTEMAS REPRESIBLESSistemas inducibles: cuando el sustrato sobre el que va actuar la enzima provoca la sntesis del enzima. Al efecto del sustrato se le denomina induccin positiva. Por ejemplo, en E. coli en ausencia de galactsido (sustrato) hay de una diez unidades de galactosidasa (enzima) por miligramo de materia seca, mientras que en presencia de galactsido se detectan hasta 10.000 unidades de galactosidasa por miligramo de materia seca. Al compuesto que desencadena la sntesis del enzima se le denomina Inductor.Sistemas represibles: cuando el producto final de la reaccin que cataliza el enzima impide la sntesis de la misma. Este fenmeno recibe el nombre de induccin negativa. Al compuesto que impide la sntesis del enzima se le denomina correpresor.CONTROL POSITIVO Y CONTROL NEGATIVOControl positivo: Se dice que un sistema est bajo control positivo cuando el producto del gen regulador activa la expresin de los genes, acta como un activador.Control negativo: se dice que un sistema est bajo control negativo cuando el producto del gen regulador reprime o impide la expresin de los genes, acta como un represor.ELEMENTOS DEL OPERNJacob, Monod y colaboradores analizaron el sistema de la lactosa en E. coli, de manera que los resultados de sus estudios permitieron establecer el modelo gentico del Opern que permite comprender como tiene lugar la regulacin de la expresin gnica en bacterias. Jacob y Monod recibieron en 1965 el Premio Nobel pos estas investigaciones. Un Opern es grupo de genes estructurales cuya expresin est regulada por los mismos elementos de control (promotor y operador) y genes reguladores.Los principales elementos que constituyen un opern son los siguientes: Los genes estructurales: llevan informacin para polipptidos. Se trata de los genes cuya expresin est regulada. Los operones bacterianos suelen contener varios genes estructurales, son polignicos o policistrnicos. Hay algunos operones bacterianos que constan de un solo gene estructural. El promotor (P): se trata de un elemento de control que es una regin del ADN con una secuencia que es reconocida por la ARN polimerasa para comenzar la transcripcin. 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 regin del ADN con una secuencia que es reconocida por la protena reguladora. El operador se sita entre la regin promotora y los genes estructurales. Abreviadamente se le designa por la letra O. El gen regulador (i): secuencia de ADN que codifica para la protena reguladora que reconoce la secuencia de la regin del operador. El gen regulador est cerca de los genes estructurales del opern pero no est inmediatamente al lado. Abreviadamente se le denomina gen i. Protena reguladora: protena codificada por el gen regulador. Est protena se une a la regin del operador. Inductor: sustrato o compuesto cuya presencia induce la expresin de los genes.

ELEMENTOS QUE INTERVIENEN EN LA REGULACION DE EXPRESION GENICA EN BACTERIAS:Elementos de controlpromotor

operador

Molculas difusiblesProtenas reguladoras

efectores

inductores

Genes estructuralesCodifican para polipptidos

Gen reguladorCodifica para protena reguladora

EL OPERN LACTOSA: CONTROL NEGATIVO El Opern lactosa, que abreviadamente se denomina Opern lac, es un sistema inducible que est bajo control negativo, de manera que la protena reguladora, producto del gen regulador i, es un represor que impide la expresin de los genes estructurales en ausencia del inductor. El inductor del sistema es la lactosa.Los genes estructurales del opern lactosa son los siguientes: El gen z+: codifica para lab-galactosidasaque cataliza la hidrolisis de la lactosa en glucosa ms galactosa. El gen y+:codifica para lagalactsido permeasaque transportab-galactsidos al interior de la clula bacteriana. El gen a+:codifica para latiogalactsido transacetilasaque cataliza la transferencia del grupo acetil del acetil Coenzima A al 6-OH de un aceptor tiogalatsido. Este gen no est relacionado con el metabolismo de la lactosa.El verdadero inductor del sistema es la Alolactosa y no la lactosa de manera que la -galactosidasa transforma la lactosa en Alolactosa. En los estudios del opern lactosa se utiliza como inductor un anlogo sinttico de la lactosa que es el Isopropil tiogalactsido (IPTG). Lo cual este inductor no necesita ser transportado por la galactsido permeasa para entrar en la bacteria.

Opern lactosa en ausencia de lactosaLas cepas normales de E. coli son inducibles, de manera que en ausencia del inductor (la lactosa), la protena represora producto del gen i se encuentra unida a la regin operadora e impide la unin de la ARN-polimerasa a la regin promotora y, como consecuencia, no se transcriben los genes estructurales.Opern lactosa en presencia de lactosaEn presencia del inductor (la lactosa), este se une a la protena reguladora que cambia su conformacin y se suelta de la regin operadora dejando acceso libre a la ARN-polimerasa para que se una a la regin promotora y se transcriban los genes estructurales. Por consiguiente, la presencia del inductor hace que se expresen los genes estructurales del opern, necesarios para metabolizar la lactosa.

Tambin es conveniente recordar que los tres genes estructurales del opern lactosa se transcriben juntos en un mismo ARNm, es decir que los ARN mensajeros de bacterias suelen ser policistrnicos, polignicos o multignicos. Sin embargo, en eucariontes los mensajeros suelen sen monocistrnicos o monognicos, es decir, corresponden a la transcripcin de un solo gen estructural.

El conocimiento profundo del funcionamiento del opern lactosa se obtuvo gracias a la obtencin de mutantes que afectaban a los genes estructurales, a los elementos de control (promotor y operador) y al gen regulador. Adems, tambin fue muy importante el estudio del opern lactosa en bacterias diploides parciales o merocigotos.Bacteria diploide parcial o merocigoto:Bacteria que tiene parte de sus genes en dos dosis. Lo habitual en las bacterias es que los genes estn en una sola dosis, ya que se trata de individuos haploides. Sin embargo, a veces es posible mediante conjugacin entre una bacteria donadora F+y una receptora F-, obtener bacterias descendientes diploides parciales o merocigotos. Sin embargo, estos diploides parciales son inestables.Por tal motivo, fue muy importante el descubrimiento de bacterias F' que tienen en el factor sexual (plasmidio) parte del cromosoma principal bacteriano. En el caso del estudio del opern lactosa, se consiguieron factores F' que tenan incorporado exclusivamente los genes del opern lactosa.Los primeros mutantes fueron aislados por Lederberg y colaboradores y afectaban a los genes estructurales (z, y, a). Se dedujo que los estos genes estaban juntos y en el orden z-y-a. Los mutantes en estos genes se denominan z-, y- e a- y, dan lugar a alteraciones en la estructura de las enzimas codificadas por estos genes.Mutantes constitutivos: Son aquellos en los que siempre se expresan o transcriben los genes del opern lactosa, independientemente de si est o no est presente el inductor. La mutacin constitutiva i-: altera la estructura de la protena reguladora o protena represora de manera que ya no es capaz de unirse a la regin operadora. Al no poder unirse la protena represora al operador, la regin promotora queda asequible para la ARN polimerasa y se produce la transcripcin de los genes estructurales en ausencia de inductor (lactosa). La mutacin constitutiva en el operador (OC),: consiste en una alteracin en la secuencia de bases nitrogenadas de la regin del Operador que tienen como consecuencia que la protena reguladora producto del gen i ya no sea capaz de unirse al operador El estudio de diferentes mutantes del operador ha permitido determinar que el operador es una regin de 17 a 25 nucletidos situada justo antes del gen z y despus del promotorDiploide parcial O/OC: Sin Inductor (lactosa)En estos diploides parciales, se ha comprobado que el operador constitutivo es dominante en posicin CIS, es decir, ejerce su efecto solamente sobre los genes estructurales que estn en su misma molcula de ADN que la mutacin del operador, pero no acta sobre los genes estructurales de otra molcula de ADN. Esto significa que el operador es una secuencia de bases en el ADN que no codifica para ninguna molcula difusible.

Diploide parcial O/OC: Sin Inductor (lactosa)Sin embargo, en los diploides parciales con un gen regulador normal y un gen regulador mutante constitutivo, es decir, en bateras diploides parciales i+/i-, el gen regulador normal i+ es dominante en posicin TRANS, es decir, ejerce su efecto sobre los genes estructurales de la misma molcula de ADN en que est la mutacin del gen regulador y tambin sobre los genes estructurales de otra molcula de ADN diferente. Por tanto, el gen regulador codifica para una protena o producto difusible que puede ejercer su efecto en diferentes molculas de ADN.Diploide parcial i+/i-: Sin Inductor (lactosa)

OPERN LACTOSA: CONTROL POSITIVOComo ya he mencionado anteriormente, el opern lactosa tambin est sujeto a un control de tipo positivo, de manera que existe una protena que estimula la transcripcin de los genes estructurales. En los sistemas de control negativo existe una protena que impide la transcripcin de los genes estructurales, en los sistemas de control positivo existe una protena activadora que estimula la transcripcin de los genes. En principio existen cuatro tipos de sistemas posibles de regulacin de la expresin gnica:

Tipo 1: Inducible, control negativo (opern lactosa y opern galactosa) Tipo 2: Inducible, control positivo (opern arabinosa y opern maltosa) Tipo 3: Represible, control negativo (opern triptfano y opern histidina) Tipo 4: Represible, control positivo (no se han descrito)

un opern pude estar sujeto a ms de un tipo de control, como sucede en el caso del opern lactosa que est bajo control negativo ejercido por la protena represora y bajo control positivo ejecutado por una protena activadora por catabolitos (CAP) tambin llamada protena activadora del AMP cclico (CRP). El control positivo del opern lactosa como veremos est estrechamente relacionado con la Represin catablica.

EL OPERN TRIPTFANOEl opern triptfano (opern trp) es un sistema de tipo represible, ya que el aminocido triptfano (Correpresor) impide la expresin de los genes necesarios para su propia sntesis cuando hay niveles elevados de triptfano. Sin embargo, en ausencia de triptfano o a niveles muy bajos se transcriben los genes del opern trp. Los elementos del opern trp son en esencia semejantes a los del opern 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 estn 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 actan en la ruta metablica de sntesis del triptfano en el mismo orden en el que se encuentran los genes en el cromosoma. Gen regulador (trpR):codifica para la protena reguladora. Este gen se encuentra en otra regin del cromosoma bacteriano aunque no muy lejos del opern. Correpresor:triptfano. En ausencia de triptfano, o cuando hay muy poco, la protena reguladora producto del gentrpRno es capaz de unirse al operador de forma que la ARN-polimerasa puede unirse a la regin promotora y se transcriben los genes del opern triptfano.

En presencia de triptfano, el triptfano se une a la protena reguladora o represora cambiando su conformacin, de manera que ahora si puede unirse a la regin operadora y como consecuencia la ARN-polimerasa no puede unirse a la regin promotora y no se transcriben los genes estructurales del opern trp.

BIBLIOGRAFA: http://es.wikipedia.org/wiki/Regulaci%C3%B3n_de_la_expresi%C3%B3n_g%C3%A9nica

http://fbio.uh.cu/sites/genmol/confs/conf7/p02_euc.htm

http://genmolecular.com/regulacion-de-la-expresion-genica/

http://pendientedemigracion.ucm.es/info/genetica/grupod/Operon/Operon.htm