Explicación de la regulación génica en procariotas y eucariotas para estudiantes de cuarto biológico.

1. Cuarto Electivo

2. El material genético (ADN)
determina y controla las
características estructurales
y metabólicas de todos los
seres vivos.
Se transmite de una
generación a otra.

3.  El cromosoma procariota es un filamento
simple, continuo (circular) de ADN de cadena
doble, con una anchura de 2 nanómetros.
 En Escherichia coli contiene 4,7 millones de pares
de bases y cuando se extiende completamente
alcanza una longitud de 1 milímetro.
 Una célula de E. coli mide menos de 2
micrómetros, por lo que el cromosoma es una
500 veces mayor que la misma célula. Dentro de
la célula, el cromosoma se halla plegado
formando una masa irregular llamada nucleoide.

5. Moléculas de DNA circular también se encuentran en
las mitocondrias de numerosas células eucariontes y en
los cloroplastos de las plantas.

6. En eucariontes el material genético consiste en
moléculas lineales de DNA no ramificadas, de diferente
longitud pudiendo llegar a ser extremadamente largas
(megabases) las que se encuentran unidas a un grupo
de proteínas básicas llamadas histonas. Este complejo
formado por el DNA y las proteínas recibe el nombre de
cromatina.

8. La información que contiene el ADN de todos los
seres vivos se encuentra almacenada en unidades
estructurales que se conocen con el nombre de
Genes.
“fragmento de ADN que contiene la información
que codifica para la síntesis de una cadena
polipeptídica o RNA funcional (tRNA, rRNA,
mRNA)”.

10. La organización de los genes en el DNA presenta bastantes
diferencias en procariontes y eucariontes.
Ejemplo: serie de enzimas que sintetizan el aminoácido
triptófano
Bacterias Levaduras
Codificadas en secuencias
continuas
Genes ubicados en
cromosomas distintos
Bajo una misma región
reguladora
Region reguladora en cada
cromosoma

12.  En el ADN procarionte los genes que codifican proteínas
relacionadas funcionalmente se encuentran agrupados en
regiones que funcionan como una unidad que se transcribe
desde un sitio único y genera un ARNm codificante de
numerosas proteínas.

13.  Cada sección del ARN mensajero representa
una unidad (gen) que instruye al aparato de
síntesis de proteína para la construcción de
una proteína particular.
 Este arreglo de genes en serie, funcionalmente
relacionados, se llama operón, porque actúa
como una unidad con un solo sitio de inicio de
la transcripción para varios genes.

14. Es un segmento continuo del cromosoma de E.
coli, que contiene 5 genes, los cuales codifican
las enzimas necesarias para las distintas etapas
de la síntesis de triptófano.

15. El operón entero es transcrito desde un sitio del
ADN y origina un largo y continuo ARNm.

16. La traducción de este ARNm empieza en cinco sitios
distintos de inicio, uno para cada enzima distinta
codificada en este ARNm.
El orden de los genes en el ADN
bacteriano corresponde al orden
de las enzimas que catalizan las
distintas etapas de síntesis del
triptófano

18. ¿Qué es el Operón?
 Sistema de regulación de la expresión génica encontrado
en procariotas que afecta a genes dedicados a un objetivo
metabólico y que se encuentran situados de forma
contigua en el ácido desoxirribonucleico (ADN).
El operón está formado por varios genes estructurales
que se transcriben como una unidad bajo el control de
varios componentes reguladores, denominados
operador, represor y promotor.
Los genes estructurales son los que codifican las
proteínas estructurales y enzimáticas.

19. 1.Los genes estructurales:
-Llevan información para traducir proteínas (polipéptidos).
-Se trata de los genes cuya expresión está regulada.
-Los operones bacterianos suelen contener varios genes estructurales,
son poligénicos o policistrónicos.
-Dichos genes estructurales tienen la información necesaria para
traducir 3 proteínas: Beta-galactosidasa, permeasa y la transacetilasa.
2.El promotor (P):
Es 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. Abreviadamente
se le designa por la letra P.

20. 3.El operador (O):
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.
4.El 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 pero no está inmediatamente al lado. Abreviadamente se le denomina gen i.
5.Proteína reguladora:
Proteína codificada por el gen regulador. Esta proteína se une a la región del operador.
6.Inductor:
Sustrato o compuesto cuya presencia/ausencia induce la expresión del resto de los
genes que conforman el operón. Puede actuar activando la expresión, denominándose
“activador”, o bien reprimiendo, llamándose “represor”.

23. • El operón lactosa, que abreviadamente se
denomina Operón lac,
• Es un sistema inducible que está bajo control
negativo, de manera que la proteína reguladora,
producto del gen regulador i, es un represor que
impide la expresión de los genes estructurales en
ausencia del inductor.
• El inductor del sistema es la lactosa.
• El operón lac también está bajo control positivo,
ya que existe otra proteína que estimula la
transcripción de los genes estructurales.

24. Las cepas normales de E. coli son inducibles, de manera que en ausencia del inductor
(lactosa), la proteína represora producto del gen i se encuentra unida a la región operadora
e impide la unión de la ARN-polimerasa a la región promotora y, como consecuencia, no se
transcriben los genes estructurales.
Operon lac en ausencia de lactosa

25. Operon lac en presencia de lactosa
En presencia del inductor (la lactosa), este 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.

26. Genes estructurales.
El operón contiene uno o más genes que codifican enzimas inducibles. El
operón lactosa codifica las enzimas necesarias para el metabolismo de la
lactosa, incluyendo ß-galactosidasa, ß-galactósida permeasa y ß- galactósido
transacetilasa.

27. 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.

28.  Genes estructurales: cinco genes en el siguiente orden 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.
 Elementos de control: promotor (P) y operador (O).
 Gen regulador (trpR): codifica para la proteína reguladora. Este gen
se encuentra en otra región del cromosoma bacteriano aunque no muy
lejos del operón.
 Correpresor: triptófano.

30. 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 promotora y se
transcriben los genes del operón triptófano.

31. 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.

32.  En las bacterias, a pesar de ser organismos unicelulares, también es
necesario regular la expresión de los genes adaptándola a las
necesidades ambientales.
 Economía celular en la expresión de genes
 Obtención de energía de distintas fuentes
 La regulación de la producción de proteínas (síntesis) considerando
el proceso en su conjunto, puede llevarse a cabo en las tres etapas
del dogma.
 En el proceso influyen proteínas reguladoras que pueden actuar como
controles negativos (inhibiendo) o controles positivos (estimulando la
transcripción)

33.  Necesidades básicas para el mantenimiento
normal de una célula implica la expresión continua
de genes, con el fin de sintetizar proteínas
necesarias (metabolismo).
 Su regulación conlleva que se estén expresando
siempre, codificando para sistemas enzimáticos
que funcionan continuamente.

34. Genes que se expresan solamente en determinadas
situaciones y que, por consiguiente, codifican para
enzimas que solamente se necesitan en momentos
concretos, codifican para sistemas enzimáticos
adaptativos, por su característica de expresarse
según las condiciones del medio.

35. Sistemas inducibles: cuando el sustrato sobre el que va actuar la enzima
provoca la síntesis del enzima. Al efecto del sustrato se le denomina inducción
positiva.
Ej. Lactosa Inductor
Sistemas represibles: cuando el producto final de la reacción que cataliza la
enzima impide la síntesis de la misma. Este fenómeno recibe el nombre de
inducción negativa
Ej. Triptófano Correpresor

36. 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.

39.  En bacterias, el control génico le permite a una célula
ajustarse a cambios de su medio ambiente nutricional.
 En organismos eucariontes multicelulares, en cambio, el
control de la actividad génica esta relacionado con un
programa genético, que depende del desarrollo
embriológico y de la diferenciación de distintos tejidos.

40. Una célula eucariota:
- Regula las proteínas que sintetiza;
-Regula el momento y la frecuencia con que un
determinado gen es transcrito (control transcripcional)
-Controla el procesamiento del ARNm transcrito (control
de procesamiento de ARNm);
-Regula las moléculas de ARNm que son exportadas del
núcleo al citoplasma (control de transporte del ARNm)

41. 1. Secuencias promotoras o promotor constituidas
por: TATA BOX, CAAT BOX, GC BOX.
2. Secuencias potenciadoras o enhancers.
3. Secuencia TAC
4. Exones
5. Intrones
6. Secuencia de acoplamiento para la cola de poli A.
7. Codón TTA que indica el final de la traducción.

42. 1.Promotor: secuencias que sirven de reconocimiento
para los distintos tipos de ARN polimerasa existentes
en eucariontes. Contienen varias regiones
diferenciadas:
 TATA box (Caja TATA) : secuencia de 7 nucleótidos
(TATAAAA) ubicada a 30 pares de bases antes del inicio de
la transcripción.
 CAAT box, (Caja CAT): secuencia GGC CAAATC ubicada a 90
pares de bases del inicio de la transcripción a la cual se
unen los factores de la transcripción.
 GC box. (Caja rica en GC):secuencia ubicada a 110 pares de
bases antes del inicio de la transcripción. Se asocia también
a la unión de factores de la transcripción.

43. 2. Secuencias potenciadoras o enhancers: regiones del
DNA que aumentan la eficiencia del promotor cuando
se unen a ellas factores de transcripción que las activan.
Su localización es variable.
3. Exones. Corresponde a las secuencias codificantes.
4. Intrones. Corresponde a las secuencias no codificantes

44. 5. Secuencia trailer (acoplamiento para la cola de poli
A): corresponde a la secuencia AATAAAAA la cual es
necesaria para el agregado de la cola de poli A en el
extremo 3´ del transcrito.
6. Secuencia TAC que en el ARNm corresponde a la
secuencia que señala el inicio de la traducción
¿Cuál es la secuencia de inicio en el ARNm?
7. Codón TTA que señala el final de la traducción.

46. Componentes del gen eucarionte

47. • Se requiere una variedad de proteínas en la
regulación de la expresión génica.
• Para poder iniciar la transcripción, la ARN
polimerasa requiere que un grupo de factores
generales de transcripción (proteínas) , se
ensamblen en la región promotora del gen.
• Esto permite la unión de la ARN polimerasa y la
posterior transcripción.
• Algunas de estas proteínas tienden a activar el gen
y otras a desactivarlo.

50.  Por medio de la regulación del inicio de la transcripción
se puede elegir qué genes “encender” (activar) o “apagar”
(inhibir) en un momento determinado.
 Hay regiones de ADN que están siempre apagadas y cuyos
genes no se transcriben nunca.
 Uso de secuencias reguladoras que permiten la unión de
factores de transcripción, que se unen a regiones cercanas
al promotor, facilitando o impidiendo la transcripción.

51.  Un casquete de metil-
guanina (CAP) al
extremo 5’ de la
molécula.
 Una cola de poli-A
al extremo 3’ al terminar
la transcripción.

52.  Se produce remoción
de intrones y unión de
exones en el ARNm
antes de dejar el
núcleo.
 Este proceso es
conocido como
empalme o
"splicing"( Del inglés
corte y empalme. )

54.  Una vez sintetizadas, las proteínas pueden ser
modificadas mediante la unión de distintas
moléculas (grupos fosfato, adenilatos, azúcares)
 Estos agregados permiten regular la acción proteica
muy rápido porque no dependen del proceso de
síntesis.
 Estas modificaciones generalmente le otorgan la
funcionalidad a la proteínas (hormona, enzima)

55. Resumen