8.4.2 OPERÓN DE TRIPTOFANO.

El operón triptófano 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 Triptofano son semejantes a los del operón lactosa:

Descripción de los elementos:

  Ø Genes estructurales: Existen cinco genes estructurales.

Siguiendo el  orden trpE-trpD-trpC-trpB-trpA.

  Ø Elementos de control: Promotor (P) y operador (O). El promotor y el operador están al lado de los genes estructurales y en el siguiente orden: P O trpE-trpD-trpC-trpB-trpA.

Las enzimas codificadas por estos cinco genes estructurales actúan en la ruta metabólica de síntesis del triptófano en el mismo orden en el que se encuentran los genes en el cromosoma.

  Ø Gen regulador (trpR): Codifica para la proteína reguladora. Este gen se encuentra en otra región del cromosoma bacteriano aunque no muy lejos del operón.

  Ø  Correpresor: Triptófano.

      Los genes estructurales del operón triptófano se encuentran en el mismo orden que actúan las productos codificados por ellos en la ruta biosintética del triptófano.

Orden de los genes estructurales del operón triptófano y ruta de síntesis del triptófano

Operón triptófano: En ausencia de triptófano

En ausencia de triptófano, o cuando hay muy poco, la proteína reguladora producto del gen “trpR” no es capaz de unirse al operador de forma que la ARN-polimerasa puede unirse a la región promtora y se transcriben los genes del operón triptófano.

Operón triptófano: En presencia de triptófano

En presencia de triptófano, el triptófano se une a la proteína reguladora o represora cambiando su conformación, de manera que ahora si puede unirse a la región operadora y como consecuencia la ARN-polimerasa no puede unirse a la región promotora y no se transcriben los genes estructurales del operón trp.

Por tanto, la diferencia esencial entre el operón lac (inducible) y el operón trp (represible), es que en este último el represor del triptófano solamente es capaz de unirse al operador cuando previamente está unido al trp.

Bibliografía:

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

8.2.1 OPERON DE LACTOSA (CONTROL POSITIVO).

Los científicos Francois Jacob,y  Jacques Monod  analizaron el sistema de la lactosa en E. coli, de manera que los resultados de sus estudios permitieron establecer el modelo genético del Operón que permite comprender como tiene lugar la regulación de la expresión génica en bacterias.

Definiendo al operadon como un  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:


Descripción de los Elementos

Genes estructurales	Llevan información para polipéptidos. Se trata de los genes cuya expresión está regulada.
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 para comenzar la transcripción. Se encuentra inmediatamente antes de los genes estructurales
Operador (O)	Trata de otro elemento de control que es una región del ADN con una secuencia que es reconocida por la proteína reguladora. Se sitúa entre la región promotora y los genes estructurales.
Gen regulador (i)	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
Proteína Reguladora	Proteína codificada por el gen regulador. Está proteína se une a la región del operador.
Inductor	Sustrato o compuesto cuya presencia induce la expresión de los genes.

El Operon Lactosa

Es un operón requerido para el transporte y metabolismo de la lactosa en la bacteria Escherichia coli, así como en algunas otras bacterias entéricas. Presenta tres genes estructurales adyacentes, un promotor, un terminador y un operador. 

Elementos del operón lactosa

v  El gen z+:

Codifica para la -galactosidasa que cataliza la hidrolisis de la lactosa en glucosa más galactosa.

v  El gen y+:

Codifica para la galactósido permeasa que transporta-galactósidos al interior de la célula bacteriana.

v  El gen a+: 

      Codifica para la tiogalactósido transacetilasa que cataliza la transferencia del grupo acetil del acetil Coenzima A al 6-OH de un aceptor tiogalatósido. Este gen no está relacionado con el metabolismo de la lactosa.

Operón lactosa en ausencia de lactosa

Operón Lactosa en presencia de Lactosa

En presencia del inductor la lactosa, se une a la proteína reguladora que cambia su conformación y se suelta de la región operadora dejando acceso libre a la ARN-polimerasa para que se una a la región promotora y se transcriban los genes estructurales. Por consiguiente, la presencia del inductor hace que se expresen los genes estructurales del operón, necesarios para metabolizar la lactosa.

Es conveniente recordar que los tres genes estructurales del operón lactosa se transcriben juntos en un mismo ARNm, es decir que los ARN mensajeros de bacterias suelen ser policistrónicos, poligénicos o multigénicos. Sin embargo, en eucariontes los mensajreos suelen sen monocistrónicos o monogénicos, es decir, corresponden a la transcripción de un solo gen estructural. 

 

Operón lactosa: ARNm multigénico o policistrónico

Bibliografia:
http://www.ucm.es/info/genetica/grupod/Operon/Operon.htm

8.2 REGULACIÓN DE LA TRANSCRIPCIÓN EN ORGANISMOS PROCARIÓTICOS.

Términos:

Unidad de Transcripción	Los genes/cistrones/ORF que se transcriben bajo en control de un mismo promotor
Promotor	Secuencia reconocida específicamente por la RNA polimerasa para iniciar la transcripción de una unidad de transcripción
Cistrón	Cada una de las partes de un transcrito que darán una biomolécula funcional (proteína o RNA).
Terminador	Conjunto de secuencias que marcan el fin de la transcripción de una unidad de transcripción.
Operón	La unidad de transcripción (promotor, cistrones y terminador) junto con las secuencias/genes adicinales que sirven para regularlo
Polaridad	Es el efecto de una mutación en un gen sobre la expresión de otros cistrones distales dentro del mismo operón
Proteína Reguladora	Aquella que controlará la expresión de un operón. Pueden ser activadoras o represoras
Operador	Secuencia del promotor que es reconocida por una proteína reguladora.
Efector	Biomolécula no proteica que controla la activación o inactivación de la proteína reguladora. Las hay inhibidoras y corepresoras.
Regulón	Conjunto de genes/operones que responden al unísono por la acción de un regulador

Cambios en la estructura del DNA

Metilación

La metilación provoca un cambio de estructura en el apareamiento entre las bases nitrogenadas que puede alterar su reconocimiento por algunas proteínas. El más conocido es el de la metilasa dam que reconoce la secuencia GATC y metila la A.

La mayor parte de los genes cuya exprexión se ve reprimida por la metilación son genes cuya expresión sólo se necesita durante la replicación (único momento en el que una cadena del DNA está transitoriamente hemimetilado), permaneciendo reprimidos el resto del ciclo celular.

Superenrollamiento

Para mantener una situación homeostática en la célula en relación al número de superenrollamientos es necesario mantener con una regulación contraria los genes “topa” que codifica la topoisomerasa I y “gyrA” y “gyrB” que determinan las dos subunidades de la DNA-topoisomerasa II. No se conoce el mecanismo molecular que controla esta regulación. Sí se sabe que mutantes en las topoisomerasas disminuyen la tasa general de transcripción.

Cambios en la interacción entre el DNA y la RNA-polimerasa

Lo provocan aquellos cambios que, sin alterar ni la estructura del DNA ni la de la RNA-polimerasa, sí que afectan la interacción entre ambas. Es necesaria la comparecencia de una tercera molécula, habitualmente una proteína aunque a veces puede ser RNA.

Son tres mecanismos los que pueden alterar esta interacción:                                             

 Ø  Modificación de la interacción entre RNA polimerasa y el promotor debido a la existencia de una proteína reguladora y un efector.

  Ø  Secuencias reguladoras a distancia                                                  

  Ø  Modificación de la terminación: Antiterminación

Bibliografía:

http://biomoleculi.galeon.com/tres.htm

8.1 NIVELES DE REGULACIÓN DE LA EXPRESIÓN GENÉTICA.

La estrategia procariota pretende alcanzar las máximas tasas de proliferación cuando el entorno se lo permita. 

En cambio, la estrategia eucariota ha de ser distinta puesto que en los organismos pluricelulares donde el medio intercelular es relativamente constante, el control génico está al servicio de la especialización celular.

Así, se encuentran genes que no responden a cambios fisiológicos y otros que sufren un fuerte control como consecuencia del desarrollo, de la organización de células en tejidos, y de los tejidos en organismos completos.

La genómica indica:

• El número de genes no varía mucho entre las especies: los vertebrados tienen como mucho el doble de genes que los invertebrados;
• El número de genes no sirve para explicar la diversidad evolutiva por mutación o duplicación génica;
• La variabilidad de los genes se debe a la duplicación de genes en vez de la creación de genes nuevos.
• La complejidad evolutiva se correlaciona con el aumento de genes reguladores: en las levaduras hay un gen regulador por cada 20 funcionales, pero en humanos hay más de 3 000 reguladores para unos 30 000 genes

Es por esto que la complejidad de los organismos emerge de una regulación de la expresión génica cada vez más elaborada y no de cambios o mutaciones en los genes estructurales o enzimáticos: la secuencia de las proteínas se conserva mucho a través de distintas especies, sin cambios importantes mientras que los cambios en el orden de los elementos del promotor o de sus elementos reguladores provocan alteraciones drásticas.

Son varios los puntos en los que se puede controlar la expresión génica de eucariotas:

Control pretranscripcional:	Determina la accesibilidad de la comatina a la maquinaria de transcripción. Lo afectan el superenrollamiento y la metilación. También se conoce como regulación epigenética ya que no depende de la secuencia sino de la conformación del DNA.
Control transcripcional:	Determina la frecuencia y/o velocidad de inicio de transcripción mediante la accesibilidad de los sitios de inicio, la disponibilidad de los factores de transcripción y la eficacia de los promotores. La elongación a penas se ve afectada más que por la acción de algunos oncogenes que la hacen abortar prematuramente.
Control postranscripcional: Puede ser de varios tipos;	Es el que se ejerce una vez que el transcrito ha terminado de sintetizarse.
Control de la Maduración
Control del transporte
Control  de la estabilidad

Bibliografía:

http://med.unne.edu.ar/catedras/bioquimica/expresion.htm