Regulación de la expresión génica Genes constitutivos y genes regulados



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Regulación de la expresión génica
Genes constitutivos y genes regulados. No todos los genes se expresan simultáneamente ni al mismo nivel.
Genes constitutivos: los que se expresan al mismo nivel independientemente de las condiciones ambientales

Genes regulados: aquellos que se expresan a distintos niveles (o no se expresan) dependiendo de las condiciones ambientales.


Los objetivos de la regulación son:
- Armonía estructural, equilibrio celular

- Adaptación: típico de procariotas

- Diferenciación: típico de eucariotas pluricelulares
Regulación en bacterias. Las bacterias responden muy eficientemente a cambios ambientales mediante la regulación de la expresión génica.
En bacterias, los genes con una función relacionada suelen estar agrupados en operones, el cual es un grupo de genes que se transcriben en un mismo ARNm y que, por tanto, están sujetos a una regulación transcripcional común
Tipos de regulación

Negativo/positivo, inducible/reprimible


Como ejemplo tenemos el operón de la lactosa el cual tiene control negativo, inducible. En presencia de lactosa está inducido, en ausencia de lactosa está reprimido por el represor producto del gen lacI, que se une al operador (lacO)
Este operón también está sometido a control positivo por la proteína activadora CAP, producto del gen crp. CAP sólo es activa en presencia del AMPc, que actúa como inductor, y cuyos niveles bajan en presencia de glucosa. Este control se denomina represión catabólica y actúa sobre varios operones relacionados con la utilización de azúcares.

Existen elementos que actúan en cis: promotor, operador y proteínas que actúan en trans: activador o represor.


Concepto de dominancia y recesividad.
Mutaciones polares: Una mutación en un gen puede, a veces, impedir la expresión de los

genes que están corriente abajo en la misma unidad transcripcional


Pero existe un sistema adicional de control denominado atenuación

Regulación en eucariotas
Promotores eucarióticos. Secuencias reguladoras. Factores de transcripción
La iniciación de la transcripción en eucariotas requiere la participación de factores de transcripción basales que se unen al promotor, a distancias concretas del inicio.
Además existen secuencias intensificadoras o silenciadoras que pueden actuar a gran distancia y en cualquier orientación. Estas controlan la estructura de la cromatina y la tasa de transcripción.
Además existen otros factores de transcripción, la mayoría activadores.
La actividad de los factores de transcripción se puede controlar en el momento de su síntesis, por modificación covalente, por unión a un ligando o por unión a un inhibidor.
Activadores: Tienen dos dominios: dominio de unión a ADN y dominio de trans-activación

Ejemplos de dominios de unión a ADN:


˜ HTH: hélice-vuelta-hélice

˜ HLH: hélice-giro-hélice

˜ Dedo de zinc

˜ bZIP: cremallera de leucina básica


Remodeladores de la cromatina.
Regulación en animales. Regulación múltiple. Regulación hormonal.

En general, las diferencias entre distintas células en un organismo pluricelular se deben a diferencias de expresión de genes transcritos por la ARN polimerasa II.


Es frecuente que un mismo factor de transcripción controle a un gran número de genes. Esto se debe a la existencia de elementos de respuesta para ese factor en los promotores o potenciadotes de esos genes. Ejemplos:

-HSE: elemento de respuesta a choque térmico

- GRE: elemento de respuesta a glucocorticoides

- SRE: elemento de respuesta al suero


La respuesta a hormonas esteroideas está gobernada por elementos GRE. Estas hormonas se sintetizan en respuesta a un gran variedad de actividades neuroendocrinas y controlan crecimiento, desarrollo de tejidos y homeostasis corporal.
Todas tienen un modo de acción similar: se unen a un receptor citoplásmico haciendo que este se una al ADN y active la transcripción

Ejemplo: la región reguladora del gen de la metalotioneína humana contiene elementos de respuesta en el promotor y en el potenciador



Regulación postranscripcional.

Procesamiento alternativo: a partir de un mismo transcrito primario se pueden obtener varios ARNm maduros y, por tanto, varios productos proteicos, a veces específicos de tejido


Estabilidad del ARNm: las vidas medias de diferentes ARNm son muy variables (desde minutos hasta años). Las secuencias 5' y 3' no traducidas contienen información reguladora sobre la estabilidad y la localización del ARN
- Traducibilidad del ARN

- Modificaciones postraduccionales. Proteolisis.

- Secreción y transporte selectivo.

Regulación epigenética
Herencia epigenética: alteraciones heredables que no afectan a la secuencia del ADN

Ejemplos:


- Metilación: La metilación de adenina en bacterias controla la transcripción de algunos genes. En animales la metilación se produce en las citosinas de los dobletes 5'-CG-3' (también llamados CpG). Hay promotores con alta concentración de CG (islas CpG). Cuando el promotor está metilado no hay transcripción.
El estado de metilación se perpetúa en las divisiones mitóticas y, en algunos casos, meióticas.

En la impronta parental, el patrón de metilación, establecido durante la gametogénesis, es distinto para cada sexo.


- Acetilación de histonas: la activación de la transcripción se asocia con acetilación en las proximidades del promotor y la represión se asocia con desacetilación

Ejemplo: en el cromosoma X inactivo en las hembras de mamíferos, la histona H4 tiene un bajo nivel de acetilación (también se observa en este cromosoma un alto nivel de metilación en citosina).


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