TEMA Nª 4 INDUCCION Y REPRESION GENETICA

INDUCCIÓN Y REPRESIÓN GENETICA

GLOSARIO:

INDUCCIÓN: capacidad que tienen los organismos para sintetizar ciertas enzimas solo cuando las necesitan. el termino inducción se refiere también a la activación de la trascripción de un gen como consecuencia de un inductor que interactiva con una proteína reguladora.
EXPRESIÓN . Termino que con frecuencia se utiliza para vagamente para descreibir la transcripcion de un gen que lleva a la traducción de un producto proteinico. Por tanto la expresión genetica es sinónimo de expresión proteinica.
OPERADOR : región del DNA que interactua con una proteína represora para controlar la expresión de un gen o una serie de genes.
PROMOTOR : secuencia de bases de una molécula de DNA que la RNA polimerasa reconoce y a la que se une , promoviendo así la trascripción .
REPRESOR : proteína que se une a la secuencia del operador de un gen , evitando así la trascripción de dicho gen.

1.0 INTRODUCCION
1.1CONCEPTO DE GEN. MECANISMOS RESPONSABLES DE SU
TRANSMISIÓN Y VARIACIÓN
Un GEN se define como la unidad mínima de información genética. Dicho de otro modo,
un GEN es el fragmento más pequeño de una molécula de DNA que posee información completa para un carácter determinado
A veces el gen está formado por una secuencia de bases, pero en eucariotas es frecuente que un gen esté constituido por varios fragmentos de DNA separados por secuencias sin sentido que no codifican ninguna proteína. A las partes con sentido que sirven para fabricar la proteína se les llama EXONES, y a las partes sin sentido intercaladas en el gen INTRONES, que deben ser eliminados tras la Transcripción.

Los genes se encuentran en los cromosomas. Los cromosomas pueden ser definidos como un conjunto de genes unidos o GENES LIGADOS, que son aquellos que se heredan juntos (si no se da recombinación genética).
En esencia, un gen es una secuencia de nucleótidos que codifica para una proteína determinada.

Lo que heredamos de nuestros padres son, en realidad, sus genes.
Para que los genes se puedan transmitir de padres a hijos, deben poder copiarse antes de la reproducción, de manera que los padres mantienen su información a la vez que se la pasan a sus hijos a través de los gametos, durante la reproducción sexual.
Los procesos de formación de gametos (gametogénesis) y de unión de gametos de individuos diferentes en la reproducción (fecundación) se convierten así en procesos fundamentales para el mantenimiento de la especie. Estos procesos son posibles gracias a la información de los genes, y son necesarios para aumentar la variabilidad de las poblaciones, mediante la recombinación genética y el propio proceso aleatorio de fecundación, variabilidad que, junto con las mutaciones, constituirá la base de la evolución.
Cuando los genes se expresan, se desarrollan los caracteres, es decir, el fenotipo de un individuo.
La transmisión y expresión de los genes se lleva a cabo mediante tres procesos que constituyen el "Dogma central de la Biología Molecular", que son:

• La Replicación.
• La Transcripción.
• La Traducción

2.0 REGULACION DE LA EXPRESIÓN DEL GEN
La regulación de la expresión del gen se realiza por dos mecanismos:

2.1 INDUCCIÓN Y REPRESION
En los procariontes solo una proporción de los genes de las células se expresara ( será transcrita y traducida en un momento dado dependido de las condiciones en las que le organismo crezca . una situación similar se presenta en los eucariontes , pero existe también la restricción de que en los organismo Mult. celulares que muestran diversificación en diferentes tejidos y órganos , ciertos genes solo expresaran en algunas etapas del crecimiento o en células de un tejido u órgano particular . de esta manera no es de esperarse encontrar una célula hepática que formen anticuerpos o una célula del cerebro que forme hemoglobina . una de las áreas mas i importantes de la biología molecular moderna es entender los mecanismos por los cuales las células reprimen o del reprimen la expresión de genes particulares . es un área demasiado grande, basta para considerar un ejemplo en procarionte , en particular porque lo mecanismos que operan en lo eucariontes no se conocen del todo bien.

El ejemplo clásico de la regulación de la expresión genética en procariontes es el control de los genes que intervienen en la utilización de la lactosa por la bacteria E.coli . la lactosa es un azúcar que E.coli puede utilizar para crecer , pero existen otros azucares como la glucosa que son sustratos mucho mejores para el crecimiento. Cuando E.coli se cultiva en un medio que contiene tanto glucosa como lactosa , comienza a utilizar solo la glucosa . solo cuando se agota la glucosa activa los genes que codifican las enzimas que le permiten utilizar la lactosa y comienzan a crecer entonces utilizando este azucar . de esta manera la célula evita desperdiciar materia y energía para la síntesis de enzimas cuando no son necesarias.

2.2 MODELO OPERON
Un Operón es grupo de genes estructurales cuya expresión está regulada por los mismos elementos de control (promotor y operador) y genes reguladores.
Los principales elementos que constituyen un operón son los siguientes:
1a.- 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.

2a.- 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
3a.- El operador (O): (induce o inhibe la trascripción) .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.
4a.- El gen regulador (i): (controla al gen operador).- 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.
5a- Proteína reguladora: proteína codificada por el gen regulador. Está proteína se une a la región del operador.
6a.- Inductor: sustrato o compuesto cuya presencia induce la expresión de los genes.

3.0 OPERON DE LA LACTOSA
3.1 Regulación del operón LAC en E. coli. Si no hay lactosa el represor está en su forma activa, y los genes estructurales no se transcribe, con lo que la célula no tendrá los enzimas para metabolizarla.

3.2 Regulación del operón LAC en E. coli. Si hay lactosa, esta se une al represor y lo inactiva. El operador, al estar libre, desencadena la transcripción de los genes estructurales, con lo que se sintetizarán las enzimas necesarias para metabolizar la lactosa. Cuando haya desaparecido la lactosa el represor volverá a su estado activo y dejarán de transcribirse los genes x, y y a.

3.1 MECANISMO DE LA REGULACIÓN DE LA EXPRESIÓN GENETICA DE E. COLI PARA LACTOSA

La forma en que se produce la activación de este mecanismo esta bien establecido :
Los tres genes que codifican las proteínas que se utilizan en el metabolismo de la lactosa están juntos y se transcriben secuencial mente a partir del mismo promotor. Sin embargo este promotor esta el control de una secuencia de DNA conocida como operador . el operador se localiza aproximadamente entre el promotor y el punto de inicio de la trascripción.

Existe también otro gen implicado que es trascrito a partir de su propio promotor y que codifica para una proteína denominada represor .esta proteína tiene la capacidad de formar un complejo con la secuencia del operador . esto evita que la RNA polimerasa se una al promotor y en consecuencia , que sean transcritos los genes que intervienen en la utilización de la lactosa .par que la transcripción del gen lac se produzcan deben satisfacer dos condiciones :cuando las células se le suministran lactosa como una pequeña cantidad de azúcar entra en ella se convierte en Aldo lactosa alolsctosa

4.0 EL OPERÓN 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:
4.1 Regulación del operón de la vía del triptófano E. coli. Si no hay triptófano el represor está en su forma inactiva. Los genes estructurales de la vía del triptófano se transcribe y se traducen, con lo que se sintetiza el triptófano necesario para la célula.
….. cuando ya hay suficiente triptófano
4.2 Regulación del operón de la vía del triptófago en E. coli. Cuando hay demasiado triptófano, este se une al represor y lo activa. El represor se une al operador, inactivándolo. Los genes a, b y c no se transcriben ni se traducen, con lo que la vía de síntesis del triptófano se paraliza. Lo que asegura que no se sintetice una cantidad excesiva de triptófano.

5.0 REPRESIÓN POR CATABOLITOS
Cuando la bacteria E. coli crece en un medio que contiene glucosa, prefiere este azúcar como fuente de energía y como consecuencia los operones que ponen 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. Es decir, para que se transcriban los genes del operón lactosa se necesitan niveles elevados de AMPc. Esto mismo sucede con los operones de arabinosa, maltosa, galactosa, etc.. Se trata. por tanto de un sistema general de control positivo que se denomina represión catabólica.