tema 11regulacion genica

Tema 11. Regulación de la expresión génica

Bioquímica

TEMA 11

REGULACIÓN DE LA EXPRESIÓN GÉNICA
1. Introducción regulación.
2. El operón lactosa

1.

Introducción.

La cantidad de proteínas que produce un gen activo por unidad de tiempo varía para
poder satisfacer las necesidades de la célula. De hecho de todos los genes que
posee un organismos solo unos pocos se expresan en un momento dado.El nivel de
expresión de los genes variará según las condiciones ambientales, el nivel de
diferenciación de la célula etc. Dado el alto coste energético que conlleva la síntesis
de proteínas parece lógico que este proceso esté finamente regulado. Esta
regulación se puede dar a nivel de transcripción o de traducción
Los sistemas de regulación difieren entre procariotas y eucariotas, especialmentesi
las células eucariotas pertenecen a organismos pluricelulares que están organizados
en tejidos. En procariotas es usual que varios enzimas de una ruta metabólica
sencilla sean codificadas por un único RNAm policistrónico y que por tanto su
expresión sea regulada conjuntamente (regulación coordinada), esto no ocurre en
eucariotas donde los RNAm son generalmente monocistrónicos.
Existen doscategorías mayoritarias de regulación, negativa y positiva. En un
sistema de regulación negativa existe un inhibidor o represor celular que evita la
transcripción y para iniciar la transcripción se necesita un antagonista del inhibidor
que generalmente se llama inductor. En un sistema de regulación positiva una
molécula efectora activa un promotor (no se tiene que anular ningún inhibidor). La
regulaciónpositiva y negativa no son excluyentes, muchos sistemas están regulados
tanto positiva como negativamente. Un sistema degradativo puede estar regulado
tanto positiva como negativamente. En una ruta biosintética el producto final
normalmente regula negativamente su propia síntesis.

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Bioquímica

Tal como vimos en el tema de cinética enzimática, ademásde la regulación a nivel
síntesis una ruta metabólica puede regularse a nivel de actividad enzimática. Es
decir, la enzima puede estar presente pero ser inactiva.

2.

Sistema del operón lac.

Un ejemplo claro de regulación de la expresión genética en procariotas, es el que
ocurre en el operón lac. En E. Coli se requieren dos enzimas para la metabolización
de la lactosa, la lactosa permeasa, unaenzima de membrana que permite el
transporte de la lactosa al interior celular y la β-Galactosidasa, que cataliza la ruptura
del enlace β -1,4 entre la galactosa y la glucosa. La lactosa se degrada mediante
rutas catabólicas para la obtención de energía, pero si en el medio no hay lactosa
estas dos enzimas no son necesarias.
La expresión de estas dos enzimas es inducible por lactosa. ¿Cuál es elmecanismo
de esta regulación?
-

El sistema de utilización de lactosa por E. coli consta de dos clases de
componentes (Figura 1). Genes estructurales que codifican las enzimas βgalactosidadas (gen LacZ), permeasa (gen Lac Y) y transacetilasa que solo se
utiliza en el metabolismo de ciertos β-galactosidos diferentes de la lactosa (gen
Lac A), necesarias para el transporte y degradación de lactosa. Ygenes
reguladores, el gen Lac I, el promotor lac P y el operador Lac O y el sito CRP).
Menos el Lac I, el resto de genes componen una región del DNA que
denominamos operón lac. Además, los genes estructurales están codificados en
un solo mRNA policistrónico.

Figura 1.
Estructura del operón Lac en E. Coli

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- El gen Lac I sintetiza unaproteína llamada represor o inhibidor que se une al
operador Lac O de forma que cuando la RNA polimerasa se una al promotor no
pueda continuar la transcripción. De tal forma que el sistema se encuentra
normalmente reprimido y las proteínas necesarias para metabolizar la lactosa no se
sintetizan (Figura 2a). En presencia de lactosa, un derivado de ésta, la alolactosa, se
une al represor cambiándolo...